UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICAMECÁNICAENERGÍA
TEMA:
GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA CURSO:
Laboratorio de Máquinas Eléctricas PROFESOR: ING. FELIE C!"ILA# $%CTOR ALUMNOS: ALUMNOS:
JeanPierre, Mogo!n Ro"ae" A#ri$n, %onorio Men&n#e' %(go, )ra*o Ma"+aro e*in, Morae" Morae" BELLAVISTA - CALLAO
2016
I.
INFORME DEL PROYECTO 1.1Título Generadores de corriente alterna.
1.2Objt!"o# 1.2.1 Objt!"o $%&'l. •
Conocer el funcionamiento de los generadores del corriente alterna.
1.2.2 Objt!"o# #()!*!)o. •
Investigar los principios en los que se basa el generador de
•
corriente alterna. Analizar las diferentes etapas en las cuales la energía magnética
•
es transformada en energía eléctrica. Presentar un informe escrito en donde se encuentre detallada toda la información sobre los generadores de corriente alterna.
1.+R#u,% El presente informe nos dar a conocer una peque!a parte de la electrónica que es sobre el tema de corriente alterna" se presentara definiciones # aplicaciones que nos irn introduciendo al tema para poder analizar" entender # comprender el tema. $a corriente o intensidad eléctrica es el flu%o de carga por unidad de tiempo que recorre un material. &e debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el &istema Internacional de 'nidades se e(presa en )culombios sobre segundo*" como unidad que se denomina amperio. &e denomina corriente alterna )abreviada CA en espa!ol # AC en inglés" de Alternating Current* a la corriente eléctrica en la que la magnitud # dirección varían cíclicamente. $a forma de onda de la corriente alterna ms com+nmente utilizada es la de una onda senoidal puesto que se consigue una transmisión ms eficiente de la energía. &in embargo" en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas" como la triangular o la cuadrada. A diferencia de la corriente alterna )CA en espa!ol" AC en inglés*" en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección )es decir" los terminales de ma#or # de menor potencial son siempre los mismos*.
1.P'l'b&'# )l'" Generador" corriente" alterna" magnetismo" le# de $enz.
1./I%t&ou))!% ,-El generador est compuesto principalmente de una parte móvil o rotor # de una parte fi%a o estator" el principio de funcionamiento de un generador est basado en la le# de /arada# para crear una tención inducida en el estator" debemos crear un campo magnético en el mismo" este campo magnético inducir un tención en el devanado de armadura por lo que tendremos una corriente alterna flu#endo a través de él. 'n generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos" llamados polos" terminales o
bornes. $os generadores eléctricos son mquinas destinadas a transformar la energía mecnica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura )denominada también estator*. &i mecnicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores # el campo" se generara una fuerza electromotriz )/.E.0.*. El generador ms simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. En la actualidad las mquinas de corriente alterna tienen una gran participación en la vida diaria de la 1umanidad en especial los generadores en el rea industrial" debido a su amplio campo de aplicación # beneficios.
1.6M'&)o t&!)o CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA ,2'n circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos3 resistencias" condensadores # bobinas # un generador que suministra la corriente alterna. 'n alternador es un generador de corriente alterna que se basa en la inducción de una f. e. m al girar una espira )o bobina* en el seno de un campo magnético debida a la variación de flu%o. &eg+n va girando la espira varía el n+mero de líneas de campo magnético que la atraviesan.
'na f. e. m alterna se produce mediante la rotación de una bobina con velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme entre los polos de un imn.
F&)u%)!' $a corriente alterna se caracteriza porque su sentido cambia alternativamente con el tiempo. Ello es debido a que el generador que la produce invierte periódicamente sus dos polos eléctricos" convirtiendo el positivo en negativo # viceversa. Este 1ec1o se repite periódicamente a razón de 45 veces cada segundo )frecuencia de la corriente en Europa 45 6z o ciclos7seg* $a frecuencia )f* es el n+mero de ciclos" vueltas o revoluciones que realiza la espira en - segundo. $a unidad de frecuencia son los 6ertzios )6z* o ciclos7seg. &in embargo" es mu# com+n dar la frecuencia en revoluciones por minuto )r. p. m*" para realizar el cambio de unidades correspondiente basta con multiplicar por 2. 8 ) n+mero de radianes de una vuelta completa* # dividir por 95 )n+mero de segundos que 1a# en un minuto*
P&!oo E(iste otra magnitud" inversa a ésta" que es el periodo ):* que es el tiempo que invierte la espira es dar una vuelta.
$a unidad del periodo es el segundo.
Vlo)!' '%$ul'& Como vers ambas magnitudes estn relacionadas con la velocidad con que gira la espira );* # se pueden determinar aplicando la relación3
&i analizamos los que ocurre al dar una vuelta la espira veremos que3 En el semiciclo positivo:
Cuando la espira permanece paralela a las caras del imn el flu%o es m(imo # la f. e. m" # por tanto" la tensión e intensidad son nulas. Al dar el primer cuarto de vuelta el flu%o es mínimo # la f. e. m" tensión e intensidad son m(imas. En el segundo cuarto de vuelta vuelven a descender 1asta cero los valores de f. e. m" tensión e intensidad.
En el semiciclo negativo:
En el tercer cuarto de vuelta la f. e. m # por tanto la tensión cambia de signo # la corriente cambia de sentido )las cargas que supongamos se movían 1acia la derec1a lo 1arían a1ora 1acia la izquierda*. &e vuelve a alcanzar un valor m(imo de tensión e intensidad" el mismo que en el primer cuarto de vuelta pero en sentido opuesto. Al completarse la vuelta con el +ltimo cuarto disminu#en de nuevo 1asta anularse los valores de f. e. m" tensión e intensidad para volver a comenzar un nuevo ciclo.
3ENERADOR EL4CTRICO CON CORRIENTE ALTERNA
Definición: ,<El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecnica en energía eléctrica. El generador ms simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. 'n generador producir una corriente eléctrica que cambia de dirección a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es venta%osa para la transmisión de potencia eléctrica" por lo que la ma#oría de los generadores eléctricos son de este tipo. Componentes: ,4$os principales componentes de un generador de corriente alterna son3 & Estator. & =otor. & &istema de enfriamiento. & Conmutador. ESTATOR $os elementos ms importantes del estator de un generador de corriente alterna" son las siguientes3 & Componentes mecnicas. & &istema de cone(ión en estrella. & &istema de cone(ión en delta. •
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•
Componentes mecnicas. $as componentes mecnicas de un generador son las siguientes3 & $a carcaza. & El n+cleo. & $as bobinas. & $a ca%a de terminales. &istema de cone(ión en estrella. $os devanados del estator de un generador de C.A. estn conectados generalmente en estrella" en la siguiente figura :-" :2" :< representan las terminales de linea )al sistema* :>" :4" :9 son las terminales que unidas forman el neutro.
&istema de cone(ión delta. $a cone(ión delta se 1ace conectando las terminales - a 9" 2 a > # < a 4" las terminales de línea se conectan a -" 2 # <" con esta cone(ión se tiene con relación a la cone(ión estrella" un volta%e menor" pero en cambio se incrementa la corriente de línea.
EL ROTOR Para producir el campo magnético sobre el rotor se utilizan polos que consisten de paquetes de laminaciones de fierro magnético )para reducir las llamadas corrientes circulantes* con conductores de cobre arrollados alrededor del 1ierro" estos polos estn e(citados por una corriente directa. $os polos del rotor se arreglan por pares localizados o separados -?5@. esde el punto de vista constructivo" los rotores se constru#en del tipo polos salientes )ba%a velocidad* o rotor cilíndrico )alta velocidad*. En el rotor se encuentran alo%adas las bobinas del devanado de campo que inducen el volta%e en el devanado de armadura" en donde se encuentran las bobinas que determinan si el generador es monofsico o tri fsico.
Principio de funcionamiento: ,>El funcionamiento del generador de corriente alterna" se basa en el principio general de inducción de volta%e en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campo magnético. Este generador consta de dos partes fundamentales" el inductor" que es el que crea el campo magnético # el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dic1o campo. $os mismos funcionan colocando una espira dentro de un campo magnético # se la 1ace girar" sus dos lados cortarn las líneas de fuerzas del campo" induciéndose una fem" esta verificada en los e(tremos del conductor que forma la espira. $a fem inducida es de carcter alternado. Cerrando el circuito esta fem da origen a una corriente eléctrica" también alternada. &i conectamos una lmpara al generador veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente que 1ace que se ponga incandescente" # emite tanta ms luz cuanto ma#or sea la velocidad con que gira la espira en el campo magnético.
El inductor est constituido por el rotor =" dotado de cuatro piezas magnéticas" las que para simplificar son imanes permanentes" cu#a polaridad se indica" # el inducido o estator con bobinas de alambre arrolladas en las zapatas polares. $as cuatro bobinas aBb" cBd" eBf # gB1" arrolladas sobre piezas de una aleación ferromagnética" se magnetizan ba%o la acción de los imanes del inductor. ado que el inductor est girando" el campo magnético que act+a sobre las cuatro zapatas cambia de sentido cuando el rotor gira 5@ )se cambia de polo D a polo &*" # su intensidad pasa de un m(imo" cuando estn las piezas enfrentadas" a un mínimo cuando los polos D # & estn equidistantes de las piezas de 1ierro. &on estas variaciones de sentido # de intensidad del campo magnético las que inducirn en las cuatro bobinas una diferencia de potencial )volta%e* que cambia de valor # de polaridad siguiendo el ritmo del campo. $a frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales AB se obtiene multiplicando el n+mero de vueltas por segundo del inductor por el n+mero de pares de polos del inducido )en este caso 2*" # el volta%e generado depender de la fuerza de los imanes )intensidad del campo*" la cantidad de vueltas de alambre de las bobinas # de la velocidad de rotación.
$a corriente que se genera mediante los alternadores descriptos" aumenta 1asta un pico" cae 1asta cero" desciende 1asta un pico negativo # sube otra vez a cero varias veces por segundo" dependiendo de la frecuencia para la que esté dise!ada la mquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofsica. &in embargo" si la armadura la componen dos bobinas" montadas a 5@ una de otra" # con cone(iones e(ternas separadas" se producirn dos ondas de corriente" una de las cuales estar en su m(imo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifsica. &i se agrupan tres bobinas de armadura en ngulos de -25@" se producir corriente en forma de onda triple" conocida como corriente alterna trifsica.
&iendo lo mismo girar la espira o a los campos" ser me%or girar aquella parte que conduzca menor corriente porque los contactos deslizantes debern de%ar paso a corrientes ms peque!as. Esto se 1ace con los alternadores # motores reversibles.
Como la fem es proporcional a las variaciones del flu%o magnético # al n+mero de espiras estos alternadores suelen llevar una bobina con muc1as espiras. $a le# de /arada# se utiliza para obtener la fem # la le# de $enz para determinar el sentido de la corriente inducida. Tipos de generadores Como es lógico" podemos producir la corriente alterna 1aciendo rotar los imanes o la espira. A la parte que gira le llamaremos rotor" # a la que permanece esttica" estator. Esto nos permite clasificar los generadores en dos tipos seg+n su configuración física3
15 3%&'o& )',(o ,'$%t!)o #t7t!)o &on similares en construcción a los generadores de continua" en este tipo de generadores de alterna la espira rota en un campo magnético constante. En los de corriente continua la fuerza electromotriz se convierte de alterna a continua por medio de un conmutador" en nuestro caso" la fem se entrega sin transformar.
25 3%&'o& )',(o ,'$%t!)o &ot't!"o
Estos presentan la venta%a de que como la parte en la que se produce el volta%e es esttica" se puede entregar la corriente directamente del armazón a la carga. En este caso" el estator consiste en un n+cleo de 1ierro laminado con los arrollamientos su%etos a él.
Por otro lado" podemos clasificar los generadores seg+n el tipo de corriente alterna que generan.
15 3%&'o&# ,o%o*7#!)o# ,9Cuando se trató de generadores de cBa" la armadura 1a sido representada por una sola espira. El volta%e inducido en esta espira sería mu# peque!oF así pues" lo mismo que ocurre en los generadores de cBc" la armadura consta en realidad de numerosas bobinas" cada una con ms de una espira. $as bobinas estn devanadas de manera que cada uno de los volta%es en las espiras de cualquier bobina se suma para producir el volta%e total de la bobina. $as bobinas se pueden conectar de varias maneras" seg+n el método específico que se use para darle las características deseadas al generador.
&i todas las bobinas de armadura se conectan en serie aditiva" el generador tiene una salida +nica. $a salida es sinusoidal # en cualquier instante es igual en amplitud a la suma de volta%es inducidos en cada una de las bobinas. 'n generador con armadura devanada en esta forma es un generador de una fase
o monofsico. :odas las bobinas conectadas en serie constitu#en el devanado de armadura. En la prctica" mu# pocos generadores de cBa son monofsicos" #a que puede obtenerse una ma#or eficiencia conectando las bobinas de armadura mediante otro sistema. Producen una +nica corriente que alterna continuamente" conocida como corriente monofsica. Es la configuración ms bsica"# los generadores que 1emos visto en las figuras anteriores corresponden a este modelo. Aunque la corriente que nos llega a casa es monofsica" eso no quiere decir que sea generada así" #a que como ms adelante veremos para altos volta%es se adopta el sistema trifsico.
25 3%&'o&# b!*7#!)o# Como se puede apreciar" el esquema es mu# similar" aunque en esta configuración obtenemos dos diferencias de potencial respecto de la misma masa igual" pero con un desfase de 5@.
$a venta%a es evidente" #a que con un mismo rotor podemos lograr el traba%o de dos" pero la configuración del estator se complica bastante #a que necesitamos el doble de pastillas de arrollamientos en él. &uelen tener < cables de salida #a que podemos cortocircuitar la masa de con la de A" # obtenemos la configuración estndar de generador bifsico de tres terminales.
+5 3%&'o&# t&!*7#!)o#
,9sicamente" los principios del generador trifsico son los mismos que los de un generador bifsico" e(cepto que se tienen tres devanados espaciados igualmente # tres volta%es de salida desfasados -25 grados entre sí. A continuación" se ilustra un generador simple trifsico de espira rotatoria" inclu#endo las formas de onda. /ísicamente" las espiras ad#acentes estn separadas por un ngulo equivalente a 95 grados de rotación. &in embargo" los e(tremos de la espira estn conectados a los anillos rozantes de manera que la tensión - est adelantada -25 grados con respecto a la tensión 2F # la tensión 2" a su vez" est adelantada -25 grados con respecto a la tensión <. :ambién se muestra un diagrama simplificado de un generador trifsico de armadura estacionaria. En este diagrama" las bobinas de cada devanado se combinan # estn representadas por una sola. Adems" no aparece el campo rotatorio. $a ilustración muestra que el generador trifsico tiene tres devanados de armadura separados" desfasados -25 grados.
Adems se los puede clasificar de la siguiente manera3
15 3%&'o&# #í%)&o%o# ,El generador síncrono es un tipo de mquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecnica )en forma de rotación* en energía eléctrica. &u principio de funcionamiento consiste en la e(citación de flu%o en el rotor. El generador síncrono est compuesto principalmente de una parte móvil o rotor # de una parte fi%a o estator. El rotor gira recibiendo un empu%e e(terno desde )normalmente* una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de Hcorriente continuaH de e(citación independiente variable que genera un flu%o constante" pero que al estar acoplado al rotor" crea un campo magnético giratorio )por el teorema de /erraris* que genera un sistema trifsico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. El motor síncrono es poco convencional # puede ser utilizado en grandes industrias para corrección de factor de potencia" en este caso" las velocidades del rotor # del estator tienden a igualarse" de a1í el nombre de &íncrono. enta%as # desventa%as3 Control optimizado. Do usa multiplicadora.
a%o deslizamiento. =educción detención.
25 3%&'o&# '#í%)&o%o# ,'n motor asíncrono es un motor convencional # se utiliza el término asíncrono" por que teóricamente la velocidad del rotor nunca puede alcanzar a la velocidad delestator )esplazamiento*. $a ma#oría de turbinas eólicas del mundo utilizan un generador asíncrono trifsico )de %aula bobinada*" también llamado generador de inducción" para generar corriente alterna. /uera de la industria eólica # de las peque!as unidades 1idroeléctricas" este tipo de generadores no est mu# e(tendidoF aunque de todas formas" el mundo tiene una gran e(periencia en tratar con ellos3
$o curioso de este tipo de generador es que fue inicialmente dise!ado como motor eléctrico. e 1ec1o" una tercera parte del consumo mundial de electricidad es utilizado para 1acer funcionar motores de inducción que muevan maquinaría en fbricas" bombas" ventiladores" compresores" elevadores" # otras aplicaciones donde se necesita convertir energía eléctrica en energía mecnica. Jtra de las razones para la elección de este tipo de generador es que es mu# fiable" # comparativamente no suele resultar caro. Este generador también tiene propiedades mecnicas que lo 1ace especialmente +til en turbinas eólicas )el deslizamiento del generador" # una cierta capacidad de sobrecarga*. 'n componente clave del generador asíncrono es el rotor de %aula.
& =J:J= E KA'$A Este es el rotor que 1ace que el generador asíncrono sea diferente del generador síncrono. El rotor consta de un cierto n+mero de barras de cobre o de aluminio" conectadas eléctricamente por anillos de aluminio finales" tal # como se ve en la figura ?. En el dibu%o del principio de la pgina puede verse el rotor provisto de un n+cleo de H1ierroH" utilizando un apilamiento de finas lminas de acero aisladas" con agu%eros para las barras conductoras de aluminio. El rotor se sit+a en el centro del estator" que en este caso se trata de nuevo de un estator tetrapolar" conectado directamente a las tres fases de la red eléctrica.
Diferencia entre generador de C.C y C.A ,9A1ora que se 1an estudiado tanto los generadores de cBc como los de cBa" se pueden observar las seme%anzas bsicas que 1a# entre ellos" así como sus diferencias fundamentales. En un generador de cBa" el volta%e inducido se transmite directamente a la carga" a través de anillos rozantes en tanto que en un generador de cBc el conmutador convierte la cBa inducida en cBc antes de que ésta sea aplicada a la carga.
'na diferencia física importante entre los generadores de cBc # los de cBa estriba en que el campo de la ma#or parte de los generadores de cBc es estacionario # la armadura gira" en tanto que lo opuesto ocurre generalmente en los generadores de cBa. Esto tiene el efecto de 1acer que los generadores de cBa puedan tener salidas muc1o ma#ores de las que son posibles con generadores de cBc. Jtra diferencia entre ambos tipos de generadores es la fuente de volta%e de e(citación para el devanado de campo. $os generadores de cBc pueden constar #a sea de una fuente de e(citación e(terna # separada o bien obtener el volta%e necesario directamente de su propia salida.
Por su parte" los generadores de cBa deben estar provistos de una fuente separada. Por lo que respecto a la regulación de volta%e los generadores de cBc son in1erentemente ms estables que los de cBa" 'na de las razones es que" aunque los volta%es de salida de ambos tipos de generador son sensibles a los cambios de carga" el volta%e de salida de un generador de cBa también es sensible a cambios en el factor de potencia de la carga. Adems" es posible un buen grado de autorregulación en un generador de cBc usando un devanado de armadura combinado" lo cual no es factible en generadores de cBa" #a que éstos deben ser e(citados separadamente.
Aplicaciones
,?$os generadores de corriente alterna son los ms utilizados" se utilizan en los automóviles" es el alternador allí se genera una corriente alterna # en la salida se rectifica con 9 diodos para convertirla en corriente continua. :ambién se puede producir con peque!as plantas de emergencia del orden de -LM en las casas # con plantas de mediana potencia en clínica # 1ospitales para casos de emergencia. En plantas de ma#or potencia para alumbrar peque!os pueblos campos # caseríos los cuales son movidos con motores diésel. Cuando de alta potencia se trata tenemos generadores en las plantas 1idroeléctricas como Guri" 0acagua" que son generadores movidos por agua" también tenemos las plantas termoeléctricas cu#as turbinas son movidas por vapor de agua.
1.8Co%)lu#!o%# •
•
El generador de corriente alterna se basa seg+n los principios tanto de la le# de /arada# # la le# de $enz. En la cual al pasar un imn por una bobina esta creara un campo eléctrico. El rotor o parte móvil es el encargado de crear una tención inducida en el estator en el cual deberemos crear un campo magnético" la cual obtendremos corriente alterna circulando sobre él.
1.9B!bl!o$&'*í'
"iblio'ra()a *+ -tt/00es.slides-are.net01u2ba0'eneradores&corriente&alterna. , *3 -tt/00ro(esores.san4alero.net05678370TEMA937:937CORRIENTE , 937ALTERNA.d(. *8 -tt/00666.sc.e-u.es0sb6eb0;sica0elec2a'net0induccion0'enerador0'ene , rador.-t2. *< -tt/006luna2sosa.blo'sot.co20.
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