Un generador de corrent elèctric és un dispositiu dissenyat per convertir tipus d’energia no elèctrica (química, mecànica, tèrmica) en energia elèctrica. D'altra banda, el seu disseny es basa en l'ús del principi de la inducció electromagnètica.
El principi de funcionament i el dispositiu de l’alternador més senzill
La inducció electromagnètica és un fenomen que va ser descobert el 1831 pel físic britànic Michael Faraday (1791-1867), que va descobrir que quan un flux magnètic variable en el temps passa per un circuit conduït tancat, apareix un corrent elèctric en aquest últim. És aquest principi el que fonamenta qualsevol generador.
A la pràctica, el principi d’inducció electromagnètica s’implementa de la manera següent: un corrent elèctric sorgeix en un marc tancat (rotor) quan s’entrecreix amb un camp magnètic giratori, format segons la finalitat i el disseny del generador mitjançant imants permanents o enrotllaments d’excitació especial. Quan el marc gira, la magnitud del flux magnètic canvia. Com més ràpid gira, més gran serà el voltatge de sortida.
El 1827, aquest efecte va ser descobert i utilitzat en la creació del model original d’un generador de corrent elèctric pel físic hongarès Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Tot i això, considerant-lo famós, el científic no va patentar el seu descobriment i va anunciar la creació de la primera dinamo només el 1850.
Per eliminar corrent elèctric, el bastidor està equipat amb un col·lector de corrent, que el converteix en un bucle tancat i proporciona un contacte constant del marc giratori amb elements estacionaris del generador. Els pinzells carregats en molla es pressionen contra els anells del col·lector i així es subministra el corrent elèctric als terminals de sortida del generador.
En girar, les meitats del marc passen seqüencialment a prop dels pols de l’imant. En aquest cas, es produeix un canvi cíclic en la direcció del moviment del corrent emergent: a cada pol el corrent es mou en una direcció.
Segons el disseny del col·lector, el generador pot generar corrent directe i alternatiu.
- Als generadors de corrent continu, per cada meitat del bobinat del node col·lector, hi ha anells aïllats els uns dels altres. Degut al fet que aquestes mitges anelles canvien constantment de pinzells, el corrent no canvia la seva direcció, sinó que simplement fa pulsacions.
- En els alternadors, els extrems del marc estan lligats a anelles lliscants i tota aquesta estructura gira al voltant del seu eix. Al girar el marc, els pinzells, cadascun dels quals es troben pròximament al seu anell, proporcionen un conductor de baixada fiable. En aquest cas, no es produeix un canvi cíclic en la posició dels pinzells.
La part que gira del generador s'anomena rotor i la part estacionària s'anomena estator.
El principi de funcionament de generadors de corrent altern i de corrent directe és idèntic. Es diferencien entre ells en el disseny d’anells de lliscament situats en un rotor giratori i la configuració dels enrotllaments.
En els generadors de corrent altern, sovint s’utilitza una solució tècnica original, basada en que l’EMF apareix al conductor no només quan gira en un camp magnètic, sinó també en el cas que el propi camp magnètic gira respecte d’un conductor estacionari.
Aquest efecte és àmpliament utilitzat pels desenvolupadors que col·loquen imants elèctrics o permanents en un rotor giratori. En aquest cas, la tensió s’elimina del bobinatge muntat estacionari, cosa que permet desfer-se dels dissenys complexos dels nodes col·lectors.
Generadors de CA
Es produeixen un gran nombre dels més diversos generadors de corrent alterna. Es poden classificar segons els següents paràmetres:
- disseny constructiu;
- mètode d’excitació;
- nombre de fases.
Mitjançant el mètode d’excitació del consumidor, es poden trobar agregats:
- amb excitació independent: el bobinat d’excitació es subministra amb corrent directe d’una font d’energia independent;
- amb autoexcitació: es subministra un corrent rectificat del propi generador al bobinat d’excitació;
- amb excitació dels imants permanents, sense excitació de bobines;
- amb excitació del patogen: un generador de corrent continu de baixa potència, "assegut" al mateix eix amb el generador servit.
Pel nombre de fases, els generadors elèctrics són:
- monofàsica;
- bifàsic;
- trifàsica.
A la pràctica, sovint es troben alternadors trifàsics. Això es deu a diversos avantatges característics d’aquest tipus d’agregats:
- l'obtenció d'un efecte econòmic en el desenvolupament de sistemes de transmissió d'energia de llarga distància, reduint el consum de material dels dispositius transformadors i cables d'alimentació; Això contribueix a la presència d’un camp magnètic circular;
- augment de recursos operatius, que asseguri l’equilibri del sistema;
- ús simultani de tensió lineal i de fase.
Estructuralment, un generador elèctric trifàsic té tres enrotllaments independents situats a l’estator al voltant de la circumferència amb un desplaçament de 120 ° l’un respecte l’altre. A més, cada enrotllament és un generador monofàsic, que és capaç d’alimentar tensió alterna al consumidor R. Aquest tipus d’enrotllament s’anomena "fase". Els bobinats de fase es poden interconnectar mitjançant un "triangle" o "estrella".
Hi ha altres esquemes de connexió dels bobinats, per exemple, el sistema Tesla de sis fils o la connexió Slavyanka (una combinació de sis bobinatges en forma d'una "estrella" i un "triangle"), però no es van utilitzar àmpliament.
El paper del fotograma en els dispositius que generen corrent altern el juga un electroimant, que, girant, desplaça les variables EMF induïdes en els bobinatges un terç d’un cicle l’un respecte l’altre.
Entre els molts alternadors, hi ha dos tipus principals del seu disseny: sincrònic i asíncron. Recentment, atès el gran nombre de complexos dispositius electrònics controlats per microprocessadors, ha aparegut un nou tipus de generador elèctric: el convertidor.
Generadors d’energia síncrons
Un alternador síncron consta de dues parts: un rotor mòbil i un estator fix.
Quan el rotor gira, que és un electroimant amb un nucli i un enrotllament d’excitació, connectat a una font d’energia externa mitjançant un mecanisme de raspall, s’evita un EMF en la bobinada de l’estator, que s’alimenta als terminals de sortida del generador. Aquest disseny elimina la necessitat de contactes lliscants, cosa que simplifica molt el disseny de la unitat. Inicialment, el flux magnètic s’emociona des d’un excitador de tercers muntat en un eix comú i connectat al sistema mitjançant un acoblament.
En generadors sincrònics de baixa potència, el bobinat de camp és alimentat per un corrent rectificat. En aquest cas, el circuit elèctric es forma a causa de l’activació de transformadors inclosos en el circuit de càrrega. També s’inclou un rectificador de semiconductors. El circuit elèctric principal inclou:
- bobinatge de camp;
- ajustant el reostat.
La característica principal del generador síncron és que la freqüència del corrent elèctric generat és proporcional a la velocitat del rotor.
Generadors d’energia asíncrons
Un alternador asíncron es diferencia d'un síncron en l'absència d'una connexió rígida entre les velocitats del rotor i l'emf induït. La diferència entre aquests paràmetres s'anomena "lliscament". Hi ha un buit d’aire entre el rotor i l’estator del generador asíncron. Al mateix temps, el parell de frenada que es produeix quan es connecta la càrrega i impedeix que la rotació del rotor afecti la freqüència de l’EMF generat. Per tant, l'electricitat en generadors asíncrons es genera a una velocitat de rotor més gran.
El disseny de generadors asíncrons és senzill, però presenta les pitjors característiques tècniques en comparació amb les unitats síncrones: l'error en freqüència pot arribar al 4% i en tensió fins al 10%. A més, els generadors asíncrons són crítics amb el corrent d’introducció. Per tant, es recomana fer-los servir juntament amb estabilitzadors, i en alguns casos, per exemple, per a un bon funcionament del motor elèctric, pot ser necessari un convertidor de freqüència.
Generadors d’inversor
Un generador inversor és un generador asíncron convencional, a la sortida del qual hi ha instal·lat un estabilitzador addicional dels paràmetres de sortida.
Funciona de la manera següent: el voltatge generat per un generador asíncron es dirigeix a l’inversor, on es rectifica primer i, a continuació, es formen impulsos d’una determinada freqüència i cicle de treball a partir del voltatge de corrent continu. A la sortida del dispositiu, aquests polsos es converteixen en un voltatge sinusoïdal amb característiques tècniques gairebé perfectes.
Accionador alternador
En condicions domèstiques, el rotor del generador és impulsat per motors de combustió interna (ICE) que funcionen en combustibles com la gasolina o el gasoil. Al mateix temps, la durada de funcionament dels generadors de gasolina equipats amb ICES push-pull és d’unes 500 hores a l’any (no més de 4 hores diàries); l'ICE de quatre temps arriba a les 5.000 hores anuals.
És aconsellable utilitzar generadors elèctrics de gasolina per a corts d’energia i / o per sortir al camp.
Els generadors que funcionen amb gasoil es caracteritzen per una gran potència i una benzina molt més duradora. Entre ells hi ha models amb refrigeració d'aire i líquid. Les unitats refredades per aire es recomana per utilitzar en llocs on l’electricitat sovint s’apaga durant molt de temps.
Utilitzar aquests electrodomèstics és extremadament senzill: heu d’omplir el combustible al dipòsit, gireu la clau per engegar el motor i connecteu la càrrega. El seu tauler de control està equipat amb totes les inscripcions i símbols necessaris i intuïtius.
Els generadors dièsel refrigerats per líquid són dispositius d'una categoria totalment diferent. Poden treballar durant dies i s’utilitzen principalment en empreses com a fonts d’energia de còpia de seguretat.
Els generadors industrials dissenyats per generar corrent altern i subministrar-lo als consumidors a llargues distàncies mitjançant línies elèctriques d’alta tensió (línies de transmissió) funcionen mitjançant l’activació de turbines hidràuliques o de vapor. En aquestes unitats, el mecanisme del rotor està connectat directament a la roda de la turbina.
Els generadors de turbines es caracteritzen per una gran potència (fins a 100.000 kW) i són capaços de generar corrent altern amb tensió de fins a 16 kV. D'altra banda, la longitud i el diàmetre del seu rotor poden assolir els 6,5 i 15 metres, respectivament, i la velocitat de gir d'aquest últim se situa entre els 1500 ... 3000 rpm.Instal·leu aquestes unitats en habitacions separades sobre substrats de formigó especialment preparats.
Opcions i capacitats dels generadors elèctrics domèstics
Per facilitar la utilització, els fabricants equipen els seus productes amb diverses opcions útils, entre les quals es troben:
- dispositiu d’arrencada automàtica de la unitat en cas d’apagada elèctrica;
- la presència d’un RCD incorporat, que desconnecti el dispositiu de la xarxa elèctrica durant la fallida de l’aïllament i l’aparició d’un corrent de fuga;
- controlar els paràmetres i mostrar-los a la pantalla;
- protecció contra sobrecàrregues
Quan es connecta una càrrega a un generador elèctric, el valor de la qual serà inferior al nominal, la unitat començarà a "consumir" una part del combustible líquid per a res, sense utilitzar plenament les seves capacitats.
No serà superflu tenir al conjunt de lliurament una carcassa de silenciament especial, un dipòsit augmentat de combustible, una carcassa que protegeixi la unitat de l’exposició a temperatures baixes, etc.
Característiques de la instal·lació
Un propietari potencial d’un alternador ha de tenir cura de la preparació del lloc d’instal·lació abans de comprar. Independentment del lloc on s’instal·larà aquesta unitat, a l’interior o a l’aire lliure, requerirà una plataforma plana i sòlida. Instal·lar un generador elèctric en un lloc desigual comportarà un augment de la vibració, cosa que accelerarà el desgast de les peces i pot provocar la fallada d’un dispositiu car.
A l’hora d’instal·lar el generador a una habitació, és important preveure la presència de ventilació d’escapament. A més, durant el funcionament de la unitat, es recomana deixar la porta de l’habitació oberta, que al seu torn requerirà la instal·lació d’una reixa a la porta que impedeix als forasters, i el més important dels nens, accedir a la zona de perill.
El generador elèctric està connectat a la xarxa d'acord amb els requisits establerts a les instruccions de funcionament. En aquest cas, s'ha de connectar el cable elèctric després de la màquina introductòria i del mesurador elèctric.
