Principios y Funcionamiento de Generadores Eléctricos: DC y Componentes
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Generadores Eléctricos
Un generador produce electricidad por la rotación de un grupo de conductores dentro de un campo magnético. Se obtiene la FEM (Fuerza Electromotriz) que se induce en los conductores cuando estos se mueven a través del campo magnético. Un generador es un mecanismo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica por medio de un campo magnético o por inducción magnética. Los generadores de CC (Corriente Continua) tienen una salida de voltaje continuo y los de CA (Corriente Alterna) tienen una salida de voltaje alterno. Ninguna otra fuente produce cantidades de potencia eléctrica como los generadores.
El Generador Básico de CC
Consta de 4 elementos principales:
- Campo magnético: lo puede proporcionar un imán permanente o un electroimán.
- Un conductor: único o en espira.
- Un conmutador.
- Escobillas.
Un campo magnético está formado por líneas de flujo magnéticas que forman un circuito cerrado. Las líneas de flujo salen del polo norte del imán, cruzan el entrehierro, entran al polo sur, atraviesan el imán y entran en el polo norte. El conductor tiene forma de espira y está colocado entre los polos magnéticos; por lo tanto, la espira se halla en el campo magnético. Si la espira no gira, el campo magnético no tiene efecto sobre ella, pero al girar esto hace que se induzca una FEM en la espira. Al girar la bobina se obtiene un voltaje sinusoidal o de CA en los extremos de la misma. El voltaje de CA debe transformarse a CC con un conmutador.
Producción de Voltaje
Siempre que haya un movimiento relativo entre un campo magnético y un conductor, y la dirección del movimiento sea tal que el conductor corte las líneas del campo magnético, se tiene una FEM inducida en el conductor. La magnitud de la FEM inducida depende de la intensidad del campo magnético y de la rapidez con la que se cortan las líneas de flujo.
Ley de la Mano Izquierda
El dedo índice señala la dirección del campo magnético, el pulgar la dirección de movimiento del conductor y el dedo medio señalará la dirección del flujo de la corriente (I).
Polaridades
En un circuito, la corriente fluye de negativo a positivo (flujo de electrones) o de positivo a negativo (corriente convencional). En el generador no es un circuito sino una fuente de energía; entonces, la corriente dentro fluye de positivo a negativo (corriente convencional). Las polaridades se marcan en el generador para indicar cómo la corriente eléctrica inducida en el generador produce cargas eléctricas en las conexiones de salida. La corriente inducida hace que los electrones fluyan en una dirección tal que los electrones se acumulan en una terminal de salida y hay deficiencia de electrones en la otra. Así pues, las polaridades del generador se identifican según las cargas producidas. Cuando se conecta una carga al generador, la corriente fluye de negativo a positivo (flujo de electrones) o de positivo a negativo (corriente convencional).
Producción de una Onda Sinusoidal
El generador básico produce una salida sinusoidal (CA) que se convierte en CC por medio de un conmutador.
Funcionamiento del Conmutador
El conmutador convierte el voltaje de CA generado en la espira rotatoria a voltaje de CC en las terminales de salida. También sirve para conectar las escobillas a la espira rotatoria. El objetivo de las escobillas es conectar el voltaje del generador con un circuito externo. El conmutador está formado por dos piezas semicilíndricas de material conductor suave, separadas por material aislante. Cada mitad del conmutador está permanentemente conectada a un extremo de la espira y, por lo tanto, el conmutador gira cuando lo hace la espira. Cada escobilla está sobre un lado del conmutador y se desliza a lo largo del conmutador conforme este y la espira giran. De esta manera, cada escobilla hace contacto con la terminal de la espira conectada a la mitad del conmutador sobre la cual está la escobilla.