Generadors

Els generadors són dispositius que converteixen altres formes d'energia en energia elèctrica. El 1832, el francès Bixi va inventar el generador.

Un generador està format per un rotor i un estator. El rotor es troba a la cavitat central de l'estator. Té pols magnètics al rotor per generar un camp magnètic. A mesura que el motor principal fa girar el rotor, es transfereix energia mecànica. Els pols magnètics del rotor giren a alta velocitat juntament amb el rotor, fent que el camp magnètic interactuï amb l'enrotllament de l'estator. Aquesta interacció fa que el camp magnètic talli els conductors de l'enrotllament de l'estator, generant una força electromotriu induïda i convertint així l'energia mecànica en energia elèctrica. Els generadors es divideixen en generadors de corrent continu i generadors de corrent altern, que s'utilitzen àmpliament en la producció industrial i agrícola, la defensa nacional, la ciència i la tecnologia, i la vida quotidiana.

Paràmetres estructurals

Els generadors solen constar d'un estator, un rotor, tapes terminals i coixinets.

L'estator consta d'un nucli d'estator, debanaments de cable, un marc i altres parts estructurals que fixen aquestes parts.

El rotor consta del nucli del rotor (o pol magnètic, bobinatge magnètic), l'anell de protecció, l'anell central, l'anell lliscant, el ventilador i l'eix del rotor i altres components.

L'estator i el rotor del generador estan connectats i muntats mitjançant els coixinets i les tapes finals, de manera que el rotor pot girar dins de l'estator i fer el moviment de tallar les línies de força magnètiques, generant així el potencial elèctric induït, que es condueix a través dels terminals i es connecta al circuit, i després es genera el corrent elèctric.

Característiques funcionals

El rendiment d'un generador síncron es caracteritza principalment per les característiques de funcionament amb càrrega i sense càrrega. Aquestes característiques són bases importants perquè els usuaris seleccionin generadors.

Caracterització sense càrrega:Quan un generador funciona sense càrrega, el corrent d'induït és zero, una condició coneguda com a funcionament en circuit obert. En aquest moment, el debanament trifàsic de l'estator del motor només té la força electromotriu sense càrrega E0 (simetria trifàsica) induïda pel corrent d'excitació If, i la seva magnitud augmenta amb l'augment d'If. Tanmateix, les dues no són proporcionals perquè el nucli del circuit magnètic del motor està saturat. La corba que reflecteix la relació entre la força electromotriu sense càrrega E0 i el corrent d'excitació If s'anomena característica sense càrrega del generador síncron.

Reacció d'armadura:Quan un generador està connectat a una càrrega simètrica, el corrent trifàsic a l'enrotllament de l'induït genera un altre camp magnètic giratori, que s'anomena camp de reacció de l'induït. La seva velocitat és igual a la del rotor, i els dos giren sincronitzadament.

Tant el camp reactiu de l'armadura com el camp d'excitació del rotor dels generadors síncrons es poden aproximar com si tots dos es distribuïssin segons una llei sinusoidal. La seva diferència de fase espacial depèn de la diferència de fase temporal entre la força electromotriu sense càrrega E0 i el corrent d'armadura I. A més, el camp de reacció de l'armadura també està relacionat amb les condicions de càrrega. Quan la càrrega del generador és inductiva, el camp de reacció de l'armadura té un efecte desmagnetitzador, que provoca una disminució de la tensió del generador. Per contra, quan la càrrega és capacitiva, el camp de reacció de l'armadura té un efecte magnetitzador, que augmenta la tensió de sortida del generador.

Característiques de l'operació de càrrega:Es refereix principalment a les característiques externes i les característiques d'ajust. La característica externa descriu la relació entre la tensió del terminal del generador U i el corrent de càrrega I, donades una velocitat nominal constant, un corrent d'excitació i un factor de potència de càrrega. La característica d'ajust descriu la relació entre el corrent d'excitació If i el corrent de càrrega I, donades una velocitat nominal constant, una tensió del terminal i un factor de potència de càrrega constants.

La taxa de variació de voltatge dels generadors síncrons és aproximadament del 20-40%. Les càrregues industrials i domèstiques típiques requereixen un voltatge relativament constant. Per tant, el corrent d'excitació s'ha d'ajustar en conseqüència a mesura que augmenta el corrent de càrrega. Tot i que la tendència de canvi de la característica de regulació és la contrària a la característica externa, augmenta per a càrregues inductives i purament resistives, mentre que generalment disminueix per a càrregues capacitives.

Principi de funcionament

Generador dièsel

Un motor dièsel acciona un generador, convertint l'energia del combustible dièsel en energia elèctrica. Dins del cilindre d'un motor dièsel, l'aire net, filtrat pel filtre d'aire, es barreja completament amb el combustible dièsel atomitzat a alta pressió injectat per l'injector de combustible. A mesura que el pistó es mou cap amunt, comprimint la mescla, el seu volum disminueix i la temperatura augmenta ràpidament fins que arriba al punt d'ignició del combustible dièsel. Això encén el combustible dièsel, fent que la mescla es cremi violentament. La ràpida expansió dels gasos força el pistó cap avall, un procés conegut com a "treball".

Generador de gasolina

Un motor de gasolina acciona un generador, convertint l'energia química de la gasolina en energia elèctrica. Dins del cilindre d'un motor de gasolina, una barreja de combustible i aire experimenta una combustió ràpida, cosa que provoca una expansió ràpida de volum que força el pistó cap avall, realitzant treball.

Tant en els generadors dièsel com en els de gasolina, cada cilindre funciona seqüencialment en un ordre específic. La força exercida sobre el pistó es transforma per la biela en força de rotació, que acciona el cigonyal. Un generador de corrent altern síncron sense escombretes, muntat coaxialment amb el cigonyal del motor de potència, permet que la rotació del motor accioni el rotor del generador. Basant-se en el principi d'inducció electromagnètica, el generador produeix aleshores una força electromotriu induïda, generant corrent a través d'un circuit de càrrega tancat.