Xeradores

Os xeradores son dispositivos que converten outras formas de enerxía en enerxía eléctrica. En 1832, o francés Bixi inventou o xerador.

Un xerador está composto por un rotor e un estator. O rotor está situado na cavidade central do estator. Presenta polos magnéticos no rotor para xerar un campo magnético. A medida que o motor principal fai que o rotor xire, transfírese enerxía mecánica. Os polos magnéticos do rotor xiran a alta velocidade xunto co rotor, facendo que o campo magnético interactúe co enrolamento do estator. Esta interacción fai que o campo magnético corte os condutores do enrolamento do estator, xerando unha forza electromotriz inducida e convertendo así a enerxía mecánica en enerxía eléctrica. Os xeradores divídense en xeradores de corrente continua e xeradores de corrente alterna, que se usan amplamente na produción industrial e agrícola, na defensa nacional, na ciencia e a tecnoloxía e na vida cotiá.

Parámetros estruturais

Os xeradores adoitan constar dun estator, un rotor, tapas finais e rolamentos.

O estator consta dun núcleo de estator, enrolamentos de arame, unha estrutura e outras pezas estruturais que fixan estas pezas.

O rotor consta do núcleo do rotor (ou polo magnético, estrangulador magnético), o enrolamento, o anel de protección, o anel central, o anel deslizante, o ventilador e o eixe do rotor e outros compoñentes.

O estator e o rotor do xerador están conectados e ensamblados mediante os rolamentos e as tapas dos extremos, de xeito que o rotor poida xirar no estator e realizar o movemento de cortar as liñas de forza magnética, xerando así o potencial eléctrico inducido, que se conduce a través dos terminais e se conecta ao circuíto, e logo xérase a corrente eléctrica.

Características funcionais

O rendemento dun xerador síncrono caracterízase principalmente polas características de funcionamento con e sen carga. Estas características son bases importantes para que os usuarios seleccionen xeradores.

Caracterización sen carga:Cando un xerador funciona sen carga, a corrente de armadura é cero, unha condición coñecida como funcionamento en circuíto aberto. Neste momento, o enrolamento trifásico do estator do motor só ten a forza electromotriz sen carga E0 (simetría trifásica) inducida pola corrente de excitación If, e a súa magnitude aumenta co aumento de If. Non obstante, as dúas non son proporcionais porque o núcleo do circuíto magnético do motor está saturado. A curva que reflicte a relación entre a forza electromotriz sen carga E0 e a corrente de excitación If chámase característica sen carga do xerador síncrono.

Reacción da armadura:Cando un xerador está conectado a unha carga simétrica, a corrente trifásica no enrolamento da armadura xera outro campo magnético rotatorio, que se denomina campo de reacción da armadura. A súa velocidade é igual á do rotor e os dous xiran sincronicamente.

Tanto o campo reactivo da armadura como o campo de excitación do rotor dos xeradores síncronos pódense aproximar como se ambos estivesen distribuídos segundo unha lei sinusoidal. A súa diferenza de fase espacial depende da diferenza de fase temporal entre a forza electromotriz sen carga E0 e a corrente de armadura I. Ademais, o campo de reacción da armadura tamén está relacionado coas condicións de carga. Cando a carga do xerador é indutiva, o campo de reacción da armadura ten un efecto desmagnetizador, o que leva a unha diminución da tensión do xerador. Pola contra, cando a carga é capacitiva, o campo de reacción da armadura ten un efecto magnetizador, o que aumenta a tensión de saída do xerador.

Características da operación de carga:Refírese principalmente ás características externas e ás características de axuste. A característica externa describe a relación entre a tensión dos terminais do xerador U e a corrente de carga I, dadas unha velocidade nominal, unha corrente de excitación e un factor de potencia de carga constantes. A característica de axuste describe a relación entre a corrente de excitación If e a corrente de carga I, dadas unha velocidade nominal, unha tensión dos terminais e un factor de potencia de carga constantes.

A taxa de variación da tensión dos xeradores síncronos é de aproximadamente o 20-40 %. As cargas industriais e domésticas típicas requiren unha tensión relativamente constante. Polo tanto, a corrente de excitación debe axustarse en consecuencia a medida que aumenta a corrente de carga. Aínda que a tendencia cambiante da característica de regulación é oposta á característica externa, aumenta para cargas indutivas e puramente resistivas, mentres que xeralmente diminúe para cargas capacitivas.

Principio de funcionamento

Xerador diésel

Un motor diésel acciona un xerador, convertendo a enerxía do combustible diésel en enerxía eléctrica. Dentro do cilindro dun motor diésel, o aire limpo, filtrado polo filtro de aire, mestúrase completamente co combustible diésel atomizado a alta presión inxectado polo inxector de combustible. A medida que o pistón se move cara arriba, comprimindo a mestura, o seu volume diminúe e a temperatura aumenta rapidamente ata alcanzar o punto de ignición do combustible diésel. Isto acende o combustible diésel, facendo que a mestura se queime violentamente. A rápida expansión dos gases forza entón o pistón cara abaixo, un proceso coñecido como "traballo".

Xerador de gasolina

Un motor de gasolina acciona un xerador, convertendo a enerxía química da gasolina en enerxía eléctrica. Dentro do cilindro dun motor de gasolina, unha mestura de combustible e aire sofre unha rápida combustión, o que resulta nunha rápida expansión de volume que forza o pistón cara abaixo, realizando traballo.

Tanto nos xeradores diésel como nos de gasolina, cada cilindro funciona secuencialmente nunha orde específica. A forza exercida sobre o pistón transfórmase pola biela en forza de rotación, que acciona a cambota. Un xerador de CA síncrono sen escobillas, montado coaxialmente coa cambota do motor de potencia, permite que a rotación do motor accione o rotor do xerador. Baseándose no principio da indución electromagnética, o xerador produce entón unha forza electromotriz inducida, xerando corrente a través dun circuíto de carga pechado.