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Generadores de Corriente Continua, Guías, Proyectos, Investigaciones de Tecnología

Investigación sobre generadores de corriente continua

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2017/2018

Subido el 29/05/2018

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lucas-spada-1 🇦🇷

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Generadores de Corriente Continua
Entre 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico que se mueve en un
campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto construyo el primer
generador electromagnético, el disco de Faraday, este era un generador homopolar, empleando
un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura generándose
una pequeña corriente continua.
En 1831 aparece el primer generador Británico inventado por Michael Faraday. En 1836
Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando los
principios de Faraday construyo el primer dinamo, llamado Pixii´s dynamo. Para ello se utilizó
un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus
polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces
Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez
que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa
ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal.
En 1871 Zénobe diseña la primera central comercial de plantas de energía, que operaba en París
en la década de 1870. Una de sus ventajas fue la de idear un mejor camino para el flujo
magnético, rellenando el espacio ocupado por el campo magnético con fuertes núcleos de hierro
y reducir al mínimo las diferencias entre el aire inmóvil y las piezas giratorias. El resultado fue
la primera dinamo como máquina para generar cantidades comerciales de energía para la
industria.
Estructura
Un generador eléctrico está formado por cuatro piezas indispensables. El bobinado, que a su vez
está conformado por espirales que al rotar cortan con sus puntas las líneas de inducción de
campo magnético e introducen corriente y la mantienen mientras las espirales estén en
movimiento. Completan el grupo las escobillas, que son las encardas de exteriorizar la corriente
generada, y el colector, que son anillos soldados.
Para funcionar, la corriente que da este generador al exterior mediante las escobillas, invierte su
sentido cada vez que el bobinado da media vuelta. Cada vez que esto pasa, la intensidad
aumenta desde cero hasta cierto valor, se disminuye hasta llegar a cero nuevamente y así varia
su valor de la misma manera
El generador eléctrico se compone de dos partes, la parte mecánica que es la encargada de
generar un movimiento, el cual se puede producir de forma térmica, mecánica, solar, eólica,
hidráulica, etc.
La otra parte se encarga de transformar el movimiento en energía eléctrica.
La dinamo está formado por:
Estátor: la parte fija exterior de la máquina en la que se encuentran las bobinas
inducidas que producen la corriente eléctrica. El estátor se coloca sobre una carcasa
metálica que le sirve de soporte.
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Generadores de Corriente Continua

Entre 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico que se mueve en un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto construyo el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, este era un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura generándose una pequeña corriente continua.

En 1831 aparece el primer generador Británico inventado por Michael Faraday. En 1836 Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando los principios de Faraday construyo el primer dinamo, llamado Pixii´s dynamo. Para ello se utilizó un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal.

En 1871 Zénobe diseña la primera central comercial de plantas de energía, que operaba en París en la década de 1870. Una de sus ventajas fue la de idear un mejor camino para el flujo magnético, rellenando el espacio ocupado por el campo magnético con fuertes núcleos de hierro y reducir al mínimo las diferencias entre el aire inmóvil y las piezas giratorias. El resultado fue la primera dinamo como máquina para generar cantidades comerciales de energía para la industria.

Estructura

Un generador eléctrico está formado por cuatro piezas indispensables. El bobinado, que a su vez está conformado por espirales que al rotar cortan con sus puntas las líneas de inducción de campo magnético e introducen corriente y la mantienen mientras las espirales estén en movimiento. Completan el grupo las escobillas, que son las encardas de exteriorizar la corriente generada, y el colector, que son anillos soldados. Para funcionar, la corriente que da este generador al exterior mediante las escobillas, invierte su sentido cada vez que el bobinado da media vuelta. Cada vez que esto pasa, la intensidad aumenta desde cero hasta cierto valor, se disminuye hasta llegar a cero nuevamente y así varia su valor de la misma manera

El generador eléctrico se compone de dos partes, la parte mecánica que es la encargada de generar un movimiento, el cual se puede producir de forma térmica, mecánica, solar, eólica, hidráulica, etc. La otra parte se encarga de transformar el movimiento en energía eléctrica.

La dinamo está formado por:

  • Estátor: la parte fija exterior de la máquina en la que se encuentran las bobinas inducidas que producen la corriente eléctrica. El estátor se coloca sobre una carcasa metálica que le sirve de soporte.
  • Rotor: se trata del componente móvil que gira dentro del estátor y que provoco el campo magnético inductor que genera el bobinado inducido.
  • Colector: está constituido por piezas planas de cobre, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina.
  • Escobillas: dispuestas en los porta escobillas de bronce o latón, que retienen las escobillas que establecerán el enlace eléctrico entre las delgas y el colector y el circuito de corriente exterior.

Los generadores eléctricos pueden funcionar con alteración de corriente alterna o corriente continua. La principal diferencia entre los dos tipos de corriente es la forma en que la bobina que gira dentro proporciona la energía. Mientras que un generador de corriente alterna es

polos principales. Según la fuente de alimentación de estas bobinas, se distinguen dos tipos de excitación: excitación independiente y autoexcitación.

La excitación independiente significa que la corriente continua que alimenta al devanado inductor procede de una fuente independiente de la máquina, como una batería de acumuladores, un rectificador conectado a una red alterna, o bien un generador de corriente continua rotativo. Si el generador va montado sobre el propio eje de la máquina, la excitación independiente se denomina excitación propia.

La autoexcitación significa que la corriente que excita las bobinas inductoras procede de la misma maquina generatriz. Para obtener la autoexcitación de la máquina es preciso que exista un pequeño flujo en el circuito magnético. Con este flujo al hacer girar el inducido se inducirá en él una pequeña f.e.m. que aplicada al circuito inductor genera una débil corriente que refuerza al magnetismo remanente y la f.e.m. inicial debida al flujo remanente se incrementará. A mayor f.e.m., corresponderá mayor corriente, con el refuerzo consiguiente del flujo, luego se produce un nuevo aumento de la f.e.m. y así sucesivamente hasta alcanzar un equilibrio o estabilidad de la tensión en bornes que se traducirá a una constancia de la corriente de excitación. A esta estabilidad se llega por causa de otra propiedad característica de los materiales magnéticos, la de saturación.

Dependiendo de la conexión entre el devanado inductor y el inducido se distinguen tres tipos de máquinas auto excitadas:

  • (^) La máquina serie
  • La máquina derivación
  • La máquina compuesta o compound.

Sistema de Excitación

  • Generador con excitación independiente: el devanado de excitación se conecta a una fuente de tensión diferente a la aplicada al inducido. Esta separación aporta la ventaja de mayores posibilidades de regulación de velocidad que el de derivación.

Esquema de un generador de corriente continúa con excitación independiente

Se aplica donde se requiera una velocidad prácticamente constante.

  • Generador con excitación en derivación o shunt: el devanado de excitación se conecta en paralelo con el inducido. La velocidad de un generador con excitación en derivación permanece prácticamente constante para cualquier régimen de carga.

Esquema de un generador de corriente continúa con excitación en derivación o shunt

Leyes y Teoremas aplicadas

  • Ley de Faraday: fue descubierta por el físico del siglo XIX Michael Faraday. Esta relaciona la razón de cambio de flujo magnético que pasa a través de una espira con la magnitud de la fuerza electromotriz E inducida en la espira.
  • Ley de Lenz: es una consecuencia del principio de conservación de la energía aplicado a la inducción electromagnética. Fue formulada por Heinrich en 1833. Mientras que la ley de Faraday nos dice la magnitud de la FEM producida, la ley de Lenz nos dice en qué dirección fluye la corriente, y establece que la dirección siempre es tal que se opone al cambio de flujo que la produce. Esto significa que cada campo magnético generado por una corriente inducida va en la dirección opuesta al cambio en el campo original.
  • Ley de Biot y Savart: permite calcular el campo magnético B creado por un circuito de forma cualquiera recorrido por una corriente de intensidad.
  • La ley de Ampére: tiene una analogía con el teorema de Gauss aplicado al campo eléctrico. De la misma forma que el teorema de Gauss es útil para el cálculo del campo eléctrico creado por determinadas distribuciones de carga, la ley de Ampére también es útil para el cálculo de campos magnéticos creados por determinadas distribuciones de corriente.
  • Ley de Gauss: establece que para cualquier superficie cerrada el flujo total aumenta o disminuye según a la carga eléctrica neta encerrada en su interior.