La máquina eléctrica se puede definir como un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica o la energía mecánica en energía eléctrica. Un generador eléctrico se puede definir como una máquina eléctrica que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Un generador eléctrico generalmente consta de dos partes, estator y rotor. Hay varios tipos de generadores eléctricos, como generadores de corriente continua, generadores de corriente alterna, generadores de vehículos, generadores eléctricos de propulsión humana, etc. En este artículo, analicemos el principio de funcionamiento del generador síncrono.
Generador sincrónico
Las partes giratorias y estacionarias de una máquina eléctrica pueden denominarse rotor y estator respectivamente. El rotor o estator de las máquinas eléctricas actúa como un componente que produce energía y se denomina armadura. Los electroimanes o imanes permanentes montados en el estator o rotor se utilizan para proporcionar campo magnético de una máquina eléctrica. El generador en el que se utiliza un imán permanente en lugar de una bobina para proporcionar un campo de excitación se denomina generador síncrono de imán permanente o también se denomina simplemente generador síncrono.
Construcción de generador síncrono
En general, el generador síncrono consta de dos partes, rotor y estator. La parte del rotor consta de polos de campo y la parte del estator consta de conductores de armadura. La rotación de los polos de campo en presencia de conductores de armadura induce una voltaje alterno lo que da como resultado la generación de energía eléctrica.
Construcción de generador síncrono
La velocidad de los polos de campo es la velocidad síncrona y está dada por
Donde, 'f' indica la frecuencia de corriente alterna y 'P' indica 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, entonces se induce una fem en los conductores. Para comprender el principio de funcionamiento del generador síncrono, consideremos dos polos magnéticos opuestos entre ellos, se coloca una bobina rectangular o una vuelta como se muestra en la siguiente figura.
Conductor rectangular colocado entre dos polos magnéticos opuestos
Si el giro rectangular gira en el sentido de las agujas del reloj contra el eje a-b como se muestra en la figura siguiente, luego de completar la rotación de 90 grados, los lados del conductor AB y CD se encuentran frente al polo S y el polo N, respectivamente. Por lo tanto, ahora podemos decir que el movimiento tangencial del conductor es perpendicular a las líneas de flujo magnético del polo norte al sur.
Dirección de rotación del conductor perpendicular al flujo magnético
Entonces, aquí la tasa de corte de flujo por parte del conductor es máxima e induce corriente en el conductor, la dirección de la corriente inducida se puede determinar usando 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 durante otros 90 grados, entonces llegará a una posición vertical como se muestra en la siguiente figura.
Dirección de rotación del conductor paralelo al flujo magnético
Ahora, la posición del conductor y las líneas de flujo magnético son paralelas entre sí y, por lo tanto, no se corta el flujo y no se inducirá corriente en el conductor. Luego, mientras el conductor gira en el sentido de las agujas del reloj otros 90 grados, el giro rectangular llega a una posición horizontal, como se muestra en la figura siguiente. De tal manera que los conductores AB y CD están debajo del polo N y el polo S respectivamente. Aplicando la regla de la mano derecha de Fleming, la corriente induce en el conductor AB desde el punto B al A y la corriente induce en un conductor CD desde el punto D al C.
Por lo tanto, la dirección de la corriente se puede indicar como A - D - C - B y la dirección de la corriente para la posición horizontal anterior del giro rectangular es A - B - C - D. Si el giro se gira nuevamente hacia la posición vertical, entonces el la corriente inducida vuelve a reducirse a cero. Por lo tanto, para una revolución completa de vuelta rectangular, la corriente en el conductor alcanza el máximo y se reduce a cero y luego en la dirección opuesta alcanza el máximo y nuevamente llega a cero. Por tanto, una revolución completa de vuelta rectangular produce una onda sinusoidal completa de corriente inducida en el conductor que se puede denominar como la generación de corriente alterna al girar una vuelta dentro de un campo magnético.
Ahora, si consideramos un generador síncrono práctico, entonces los imanes de campo giran entre los conductores de armadura estacionarios. El rotor del generador síncrono y el eje o las palas de la turbina están acoplados mecánicamente entre sí y giran a velocidad síncrona. Por lo tanto, la flujo magnético el corte produce una fem inducida que provoca el flujo de corriente en los conductores del inducido. Por lo tanto, para 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 retardo de 120 grados (a medida que se desplazan 120 grados). Por lo tanto, la potencia de salida del generador síncrono se puede mostrar como se muestra a continuación.
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