Generador eléctrico

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Un generador eléctrico es un dispositivo en el que los tipos de energía no eléctrica ( mecánica , química , térmica , etc.) se convierten en energía eléctrica .

Historia

Dinamo de Jedlik

En 1827, el físico húngaro Anjos Istvan Jedlik comenzó a experimentar con dispositivos electromagnéticos giratorios, a los que llamó rotores electromagnéticos autorrotativos . En el prototipo de su motor eléctrico unipolar (completado entre 1853 y 1856), tanto las partes estacionarias como las giratorias eran electromagnéticas . Formuló el concepto de la dínamo al menos 6 años antes que Siemens y Wheatstone , pero no patentó la invención porque pensó que no era el primero en hacerlo. La esencia de su idea era utilizar dos electroimanes ubicados en posiciones opuestas en lugar de imanes permanentes , lo que creaba un campo magnético alrededor del rotor. El invento de Yedlik se adelantó décadas a su tiempo.

Disco de Faraday

En 1831, Michael Faraday descubrió cómo funcionan los generadores electromagnéticos. El principio, más tarde llamado ley de Faraday , era que se formaba una diferencia de potencial entre los extremos de un conductor que se movía perpendicularmente a un campo magnético . También construyó el primer generador electromagnético, llamado disco de Faraday, que era un generador unipolar que utilizaba un disco de cobre que giraba entre los polos de un imán de herradura . Produjo un pequeño voltaje constante y una fuerte corriente.

El diseño era imperfecto porque la corriente se cerraba automáticamente a través de partes del disco que no estaban en el campo magnético. La corriente parásita limitaba la potencia extraída de los hilos de contacto y provocaba un calentamiento inútil del disco de cobre. Más tarde, los generadores unipolares lograron resolver este problema colocando muchos imanes pequeños alrededor del disco, distribuidos por todo el perímetro del disco, para crear un campo uniforme y una corriente en una sola dirección.

Otra desventaja era que el voltaje de salida era muy pequeño porque solo se formaba una vuelta alrededor del flujo magnético. Los experimentos han demostrado que al usar muchas vueltas de alambre en una bobina, se puede obtener el voltaje más alto que a menudo se requiere. Los devanados de cables se convirtieron en el principal rasgo característico de todos los desarrollos posteriores de generadores.

Sin embargo, los avances recientes ( imanes de tierras raras ) han hecho posibles los motores unipolares con un imán en el rotor y deberían aportar muchas mejoras a los diseños más antiguos.

Dínamo

La dínamo fue el primer generador eléctrico capaz de producir energía para la industria. Su trabajo se basa en las leyes del electromagnetismo para convertir la energía mecánica en una corriente continua pulsante . La corriente continua se generó mediante el uso de un interruptor mecánico. La primera dínamo fue construida por Hippolyte Pixie en 1832.

Después de haber pasado por una serie de descubrimientos menos significativos, la dínamo se convirtió en el prototipo del que surgieron más inventos, como un motor de corriente continua , un alternador , un motor síncrono , un convertidor rotativo.

Una máquina de dinamo consta de un estator , que crea un campo magnético constante, y un conjunto de bobinados que giran en este campo. En máquinas pequeñas, se podría crear un campo magnético constante utilizando imanes permanentes, en máquinas grandes, uno o más electroimanes crean un campo magnético constante, cuyos devanados se denominan generalmente devanados de excitación.

Las dínamos grandes y potentes ahora rara vez se ven en ninguna parte, debido a la mayor versatilidad del uso de corriente alterna en redes eléctricas y convertidores electrónicos de CC-CA de estado sólido . Sin embargo, antes de que se descubriera la corriente alterna, las enormes dínamos que producían corriente continua eran la única forma de generar electricidad. Los dínamos ahora son una rareza.

Reversibilidad de las máquinas eléctricas.

Ya en 1833, el científico ruso E. Kh. Lenz señaló la reversibilidad de las máquinas eléctricas: la misma máquina puede funcionar como motor eléctrico si es alimentada por corriente, y puede servir como generador de corriente eléctrica si su rotor está puesto en rotación por algún tipo de motor, por ejemplo, máquina de vapor . En 1838, Lenz, uno de los miembros de la comisión para probar el funcionamiento del motor eléctrico de Jacobi , demostró experimentalmente la reversibilidad de la máquina eléctrica.

El primer generador de corriente eléctrica basado en el fenómeno de la inducción electromagnética fue construido en 1832 por los hermanos Pixin, un técnico parisino. Este generador era difícil de usar, ya que era necesario hacer girar un imán permanente pesado para que apareciera una corriente eléctrica alterna en dos bobinas de alambre, fijadas cerca de sus polos. El generador estaba equipado con un dispositivo para rectificar la corriente . En un esfuerzo por aumentar la potencia de las máquinas eléctricas, los inventores aumentaron el número de imanes y bobinas. Una de esas máquinas, construida en 1843, fue el generador Emil Stehrer. Esta máquina tenía tres potentes imanes móviles y seis bobinas que giraban a mano alrededor de un eje vertical. Así, en la primera etapa del desarrollo de los generadores de corriente electromagnética (hasta 1851), se utilizaron imanes permanentes para obtener un campo magnético. En la segunda etapa (1851-1867), se crearon los generadores, en los que se sustituyeron los imanes permanentes por electroimanes para aumentar la potencia. Su devanado estaba alimentado por un pequeño generador de corriente independiente con imanes permanentes. Una máquina similar fue creada por el inglés Henry Wilde en 1863.

Durante el funcionamiento de esta máquina, resultó que los generadores, que suministran electricidad al consumidor, pueden alimentar simultáneamente sus propios imanes con corriente. Resultó que los núcleos de los electroimanes retienen el magnetismo residual después de que se apaga la corriente. Gracias a esto, un generador autoexcitado da corriente incluso cuando arranca desde el reposo. En 1866-1867, varios inventores recibieron patentes de máquinas con autoexcitación.

En 1870, el belga Zenob Gramma, que trabajaba en Francia, creó un generador que fue muy utilizado en la industria. En su dínamo, utilizó el principio de autoexcitación y perfeccionó el anillo de anclaje, inventado allá por 1860 por A. Pacinotti.

En una de las primeras máquinas Gramma, una armadura anular montada sobre un eje horizontal giraba entre las piezas polares de dos electroimanes. El inducido se conducía a través de una polea de transmisión , los devanados del electroimán estaban conectados en serie con el devanado del inducido. El generador Gramm proporcionaba corriente continua, que se eliminaba mediante cepillos metálicos que se deslizaban por la superficie del colector. En la Exposición Internacional de Viena de 1873, se mostraron dos máquinas Gramm idénticas, conectadas por cables de 1 kilómetro de largo. Una de las máquinas estaba impulsada por un motor de combustión interna y servía como generador de energía eléctrica. La segunda máquina recibía energía eléctrica a través de cables de la primera y, actuando como motor, ponía en marcha la bomba . Fue una demostración espectacular de la reversibilidad de las máquinas eléctricas, descubierta por Lenz, y una demostración del principio de transmisión de energía a distancia.

Antes de que se descubriera la conexión entre la electricidad y el magnetismo, se utilizaban generadores electrostáticos , que funcionaban en base a los principios de la electrostática . Podían producir alto voltaje pero tenían poca corriente . Su trabajo se basó en el uso de cinturones, placas y discos electrificados para transferir cargas eléctricas de un electrodo a otro. Los cargos se generaron utilizando uno de dos principios:

Debido a la baja eficiencia y la dificultad de aislar las máquinas de alto voltaje, los generadores electrostáticos eran de baja potencia y nunca se utilizaron para generar electricidad a escala industrial. Ejemplos de máquinas de este tipo que han sobrevivido hasta nuestros días son la máquina de electróforos y el generador de Van de Graaff .

Otros generadores eléctricos que utilizan rotación

Sin un conmutador, una dínamo es un ejemplo de un alternador . Con un conmutador electromecánico, una dinamo es un generador de CC clásico . El alternador siempre debe tener una velocidad de rotor constante y estar sincronizado con otros generadores en la red de distribución de energía. El generador de CC puede funcionar a cualquier frecuencia del rotor dentro de los límites permitidos, pero genera corriente continua.

Generador MHD

Un generador magnetohidrodinámico genera electricidad directamente a partir de la energía de un plasma u otro medio conductor similar (como un electrolito líquido ) que se mueve a través de un campo magnético, sin el uso de piezas giratorias. El desarrollo de generadores de este tipo comenzó porque produce productos de combustión a alta temperatura que pueden usarse para calentar vapor en centrales eléctricas de ciclo combinado y así aumentar la eficiencia general . El generador MHD es un dispositivo reversible, es decir, también se puede utilizar como motor.

Clasificación

Generadores electromecánicos de inducción

Un generador electromecánico  es una máquina eléctrica en la que el trabajo mecánico se convierte en energía eléctrica .

 - establece una relación entre la FEM y la tasa de cambio del flujo magnético que penetra en el devanado del generador.

Clasificación de generadores electromecánicos

Véase también

Enlaces

Notas

  1. ↑ Studiolum:. Abraham Ganz en el  Hindukush . Archivado desde el original el 1 de octubre de 2015.