Informe Generador Corriente Alterna

8/10/2019 Informe Generador Corriente Alterna

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I. PORTADA

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFacultad de Ingeniera en Sistemas, Electrnica e Industrial

Ttulo: Generadores de corriente alterna.Carrera: Ingeniera Industrial en Procesos de

Automatizacinrea Acadmica: Industrial y ManufacturaLnea de Investigacin: IndustrialCiclo Acadmico y Paralelo: Octubre 2014 - Marzo 2015, Cuarto AAlumnos participantes: Cartagena Snchez Patricio David

Chasiluisa Unda Luis MiguelLpez Espinoza Shirley KarinaEspn Barahona Hugo Israel

Mdulo y Docente: Mquina Elctricas, Ing. Santiago lvarez

II. INFORME DEL PROYECTO

1.1 TtuloGeneradores de corriente alterna.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general.

Conocer el funcionamiento de los generadores del corriente

alterna.

1.2.2 Objetivos especifico.

Investigar los principios en los que se basa el generador de

corriente alterna.

Analizar las diferentes etapas en las cuales la energa magntica

es transformada en energa elctrica.

Presentar un informe escrito en donde se encuentre detallada

toda la informacin sobre los generadores de corriente alterna.

1.3 ResumenEl presente informe nos dar a conocer una pequea parte de la electrnicaque es sobre el tema de corriente alterna, se presentara definiciones yaplicaciones que nos irn introduciendo al tema para poder analizar, entender ycomprender el tema.La corriente o intensidad elctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo querecorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interiordel material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en(culombios sobre segundo), como unidad que se denomina amperio.

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en espaol y AC en ingls, deAlternating Current) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccinvaran cclicamente. La forma de onda de la corriente alterna ms comnmenteutilizada es la de una onda senoidal puesto que se consigue una transmisin


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ms eficiente de la energa. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizanotras formas de onda peridicas, como la triangular o la cuadrada.A diferencia de la corriente alterna (CA en espaol, AC en ingls), en lacorriente continua las cargas elctricas circulan siempre en la misma direccin(es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre losmismos).

1.4 Palabras clave:Generador, corriente, alterna, magnetismo, ley de Lenz.

1.5 Introduccin[1]El generador est compuesto principalmente de una parte mvil o rotor y deuna parte fija o estator, el principio de funcionamiento de un generador estbasado en la ley de Faraday para crear una tencin inducida en el estator,debemos crear un campo magntico en el mismo, este campo magnticoinducir un tencin en el devanado de armadura por lo que tendremos unacorriente alterna fluyendo a travs de l.

Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia depotencial elctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales obornes. Los generadores elctricos son mquinas destinadas a transformar laenerga mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accinde un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre unaarmadura (denominada tambin estator). Si mecnicamente se produce unmovimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerzaelectromotriz (F.E.M.).

El generador ms simple consta de una espira rectangular que gira en uncampo magntico uniforme.

En la actualidad las mquinas de corriente alterna tienen una gran participacinen la vida diaria de la humanidad en especial los generadores en el reaindustrial, debido a su amplio campo de aplicacin y beneficios.

1.6 Marco terico

CARACTERSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA[2]Un circuito de corriente alterna consta de una combinacin de elementos:resistencias, condensadores y bobinas y un generador que suministra lacorriente alterna.Un alternador es un generador de corriente alterna que se basa en la induccinde unaf. e. m al girar una espira (o bobina) en el seno de un campo magntico debidaa la variacin de flujo. Segn va girando la espira vara el nmero de lneas decampo magntico que la atraviesan.


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Una f. e. m alterna se produce mediante la rotacin de una bobina convelocidad angular constante dentro de un campo magntico uniforme entre lospolos de un imn.

FrecuenciaLa corriente alterna se caracteriza porque su sentido cambia alternativamentecon el tiempo. Ello es debido a que el generador que la produce invierteperidicamente sus dos polos elctricos, convirtiendo el positivo en negativo yviceversa. Este hecho se repite peridicamente a razn de 50 veces cadasegundo (frecuencia de la corriente en Europa 50 Hz o ciclos/seg)La frecuencia (f) es el nmero de ciclos, vueltas o revoluciones que realiza laespira en 1 segundo.

La unidad de frecuencia son los Hertzios (Hz) o ciclos/seg. Sin embargo, esmuy comn dar la frecuencia en revoluciones por minuto (r. p. m), para realizar

el cambio de unidades correspondiente basta con multiplicar por 2. ( nmerode radianes de una vuelta completa) y dividir por 60 (nmero de segundos quehay en un minuto)

Periodo

Existe otra magnitud, inversa a sta, que es el periodo (T) que es el tiempo queinvierte la espira es dar una vuelta.

La unidad del periodo es el segundo.

Velocidad angularComo vers ambas magnitudes estn relacionadas con la velocidad con quegira la espira () y se pueden determinar aplicando la relacin:

Si analizamos los que ocurre al dar una vuelta la espira veremos que:

En el semiciclo positivo:

Cuando la espira permanece paralela a las caras del imn el flujo esmximo y la f. e. m, y por tanto, la tensin e intensidad son nulas.

Al dar el primer cuarto de vuelta el flujo es mnimo y la f. e. m, tensin eintensidad son mximas.


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En el segundo cuarto de vuelta vuelven a descender hasta cero losvalores de f. e. m, tensin e intensidad.

En el semiciclo negativo:

En el tercer cuarto de vuelta la f. e. m y por tanto la tensin cambia designo y la corriente cambia de sentido (las cargas que supongamos se

movan hacia la derecha lo haran ahora hacia la izquierda). Se vuelve aalcanzar un valor mximo de tensin e intensidad, el mismo que en elprimer cuarto de vuelta pero en sentido opuesto.

Al completarse la vuelta con el ltimo cuarto disminuyen de nuevo hastaanularse los valores de f. e. m, tensin e intensidad para volver acomenzar un nuevo ciclo.

GENERADOR ELCTRICO CON CORRIENTE ALTERNA

Definicin:

[3]El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energa

mecnica en energa elctrica. El generador ms simple consta de una espirarectangular que gira en un campo magntico uniforme.Un generador producir una corriente elctrica que cambia de direccin amedida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para latransmisin de potencia elctrica, por lo que la mayora de los generadoreselctricos son de este tipo.

Componentes:

[5]Los principales componentes de un generador de corriente alterna son:- Estator.- Rotor.- Sistema de enfriamiento.- Conmutador.

ESTATORLos elementos ms importantes del estator de un generador de corrientealterna, son las siguientes:

- Componentes mecnicas.- Sistema de conexin en estrella.- Sistema de conexin en delta.

Componentes mecnicas. Las componentes mecnicas de un generadorson las siguientes:- La carcaza.- El ncleo.- Las bobinas.- La caja de terminales.

Sistema de conexin en estrella. Los devanados del estator de ungenerador de C.A. estn conectados generalmente en estrella, en lasiguiente figura T1, T2, T3 representan las terminales de linea (al sistema)T4, T5, T6 son las terminales que unidas forman el neutro.


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Sistema de conexin delta. La conexin delta se hace conectando lasterminales 1 a 6, 2 a 4 y 3 a 5, las terminales de lnea se conectan a 1, 2 y3, con esta conexin se tiene con relacin a la conexin estrella, un voltajemenor, pero en cambio se incrementa la corriente de lnea.

EL ROTOR

Para producir el campo magntico sobre el rotor se utilizan polos que consistende paquetes de laminaciones de fierro magntico (para reducir las llamadascorrientes circulantes) con conductores de cobre arrollados alrededor delhierro, estos polos estn excitados por una corriente directa. Los polos del rotorse arreglan por pares localizados o separados 180. Desde el punto de vista

constructivo, los rotores se construyen del tipo polos salientes (baja velocidad)o rotor cilndrico (alta velocidad).En el rotor se encuentran alojadas las bobinas del devanado de campo queinducen el voltaje en el devanado de armadura, en donde se encuentran lasbobinas que determinan si el generador es monofsico o trifsico.

Princ ip io de func ion amiento:

[4]El funcionamiento del generador de corriente alterna, se basa en el principiogeneral de induccin de voltaje en un conductor en movimiento cuandoatraviesa un campo magntico.

Este generador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el quecrea el campo magntico y el inducido que es el conductor el cual esatravesado por las lneas de fuerza de dicho campo. Los mismos funcionan


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colocando una espira dentro de un campo magntico y se la hace girar, susdos lados cortarn las lneas de fuerzas del campo, inducindose una fem, estaverificada en los extremos del conductor que forma la espira.

La fem inducida es de carcter alternado. Cerrando el circuito esta fem daorigen a una corriente elctrica, tambin alternada. Si conectamos una lmparaal generador veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente

que hace que se ponga incandescente, y emite tanta ms luz cuanto mayor seala velocidad con que gira la espira en el campo magntico.

El inductor est constituido por el rotor R, dotado de cuatro piezas magnticas,las que para simplificar son imanes permanentes, cuya polaridad se indica, y elinducido o estator con bobinas de alambre arrolladas en las zapatas polares.

Las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de una aleacinferromagntica, se magnetizan bajo la accin de los imanes del inductor. Dadoque el inductor est girando, el campo magntico que acta sobre las cuatro

zapatas cambia de sentido cuando el rotor gira 90 (se cambia de polo N a poloS), y su intensidad pasa de un mximo, cuando estn las piezas enfrentadas, aun mnimo cuando los polos N y S estn equidistantes de las piezas de hierro.

Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magntico las queinducirn en las cuatro bobinas una diferencia de potencial (voltaje) que cambiade valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.

La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales A-B seobtiene multiplicando el nmero de vueltas por segundo del inductor por elnmero de pares de polos del inducido (en este caso 2), y el voltaje generadodepender de la fuerza de los imanes (intensidad del campo), la cantidad devueltas de alambre de las bobinas y de la velocidad de rotacin.


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La corriente que se genera mediante los alternadores descriptos, aumentahasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otravez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la queest diseada la mquina. Este tipo de corriente se conoce como corrientealterna monofsica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas,

montadas a 90 una de otra, y con conexiones externas separadas, seproducirn dos ondas de corriente, una de las cuales estar en su mximocuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alternabifsica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ngulos de 120, seproducir corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alternatrifsica.

Siendo lo mismo girar la espira o a los campos, ser mejor girar aquella parteque conduzca menor corriente porque los contactos deslizantes debern dejarpaso a corrientes ms pequeas. Esto se hace con los alternadores y motoresreversibles.

Como la fem es proporcional a las variaciones del flujo magntico y al nmerode espiras estos alternadores suelen llevar una bobina con muchas espiras.La ley de Faraday se utiliza para obtener la fem y la ley de Lenz paradeterminar el sentido de la corriente inducida.

Tipos de generadores

Como es lgico, podemos producir la corriente alterna haciendo rotar losimanes o la espira. A la parte que gira le llamaremos rotor, y a la quepermanece esttica, estator. Esto nos permite clasificar los generadores en dostipos segn su configuracin fsica:

1) Generador de campo magntico esttico

Son similares en construccin a los generadores de continua, en este tipo degeneradores de alterna la espira rota en un campo magntico constante. En los

de corriente continua la fuerza electromotriz se convierte de alterna a continuapor medio de un conmutador, en nuestro caso, la fem se entrega sintransformar.


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2) Generador de campo magntico rotativo

Estos presentan la ventaja de que como la parte en la que se produce el voltaje

es esttica, se puede entregar la corriente directamente del armazn a lacarga.En este caso, el estator consiste en un ncleo de hierro laminado con losarrollamientos sujetos a l.

Por otro lado, podemos clasificar los generadores segn el tipo de corrientealterna que generan.

1) Generadores monofsicos[6]Cuando se trat de generadores de c-a, la armadura ha sido representada

por una sola espira. El voltaje inducido en esta espira sera muy pequeo; aspues, lo mismo que ocurre en los generadores de c-c, la armadura consta enrealidad de numerosas bobinas, cada una con ms de una espira. Las bobinasestn devanadas de manera que cada uno de los voltajes en las espiras decualquier bobina se suma para producir el voltaje total de la bobina. Lasbobinas se pueden conectar de varias maneras, segn el mtodo especficoque se use para darle las caractersticas deseadas al generador.
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Si todas las bobinas de armadura se conectan en serie aditiva, el generadortiene una salida nica. La salida es sinusoidal y en cualquier instante es igualen amplitud a la suma de voltajes inducidos en cada una de las bobinas. Ungenerador con armadura devanada en esta forma es un generador de una faseo monofsico. Todas las bobinas conectadas en serie constituyen el devanadode armadura. En la prctica, muy pocos generadores de c-a son monofsicos,ya que puede obtenerse una mayor eficiencia conectando las bobinas dearmadura mediante otro sistema.

Producen una nica corriente que alterna continuamente, conocida comocorriente monofsica. Es la configuracin ms bsica,y los generadores que

hemos visto en las figuras anteriores corresponden a este modelo. Aunque lacorriente que nos llega a casa es monofsica, eso no quiere decir que seagenerada as, ya que como ms adelante veremos para altos voltajes seadopta el sistema trifsico.

2) Generadores bifsicos

Como se puede apreciar, el esquema es muy similar, aunque en estaconfiguracin obtenemos dos diferencias de potencial respecto de la misma

masa igual, pero con un desfase de 90.
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La ventaja es evidente, ya que con un mismo rotor podemos lograr el trabajo dedos, pero la configuracin del estator se complica bastante ya que necesitamosel doble de pastillas de arrollamientos en l.

Suelen tener 3 cables de salida ya que podemos cortocircuitar la masa de Bcon la de A, y obtenemos la configuracin estndar de generador bifsico detres terminales.

3) Generadores trifsicos

[6]Bsicamente, los principios del generador trifsico son los mismos que losde un generador bifsico, excepto que se tienen tres devanados espaciadosigualmente y tres voltajes de salida desfasados 120 grados entre s. Acontinuacin, se ilustra un generador simple trifsico de espira rotatoria,

incluyendo las formas de onda. Fsicamente, las espiras adyacentes estnseparadas por un ngulo equivalente a 60 grados de rotacin. Sin embargo, losextremos de la espira estn conectados a los anillos rozantes de manera que latensin 1 est adelantada 120 grados con respecto a la tensin 2; y la tensin2, a su vez, est adelantada 120 grados con respecto a la tensin 3.

Tambin se muestra un diagrama simplificado de un generador trifsico dearmadura estacionaria. En este diagrama, las bobinas de cada devanado secombinan y estn representadas por una sola. Adems, no aparece el camporotatorio. La ilustracin muestra que el generador trifsico tiene tres devanadosde armadura separados, desfasados 120 grados.
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Adems se los puede clasificar de la siguiente manera:

1) Generadores sncronos

[7]El generador sncrono es un tipo de mquina elctrica rotativa capaz detransformar energa mecnica (en forma de rotacin) en energa elctrica. Suprincipio de funcionamiento consiste en la excitacin de flujo en el rotor.

El generador sncrono est compuesto principalmente de una parte mvil orotor y de una parte fija o estator.

El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina.Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitacinindependiente variable que genera un flujo constante, pero que al estaracoplado al rotor, crea un campo magntico giratorio (por el teorema deFerraris) que genera un sistema trifsico de fuerzas electromotrices en losdevanados estatricos.

El motor sncrono es poco convencional y puede ser utilizado en grandes

industrias para correccin de factor de potencia, en este caso, las velocidadesdel rotor y del estator tienden a igualarse, de ah el nombre de Sncrono.

Ventajas y desventajas: Control optimizado. No usa multiplicadora. Bajo deslizamiento. Reduccin detencin.

2) Generadores asncronos[7]Un motor asncrono es un motor convencional y se utiliza el trmino

asncrono, por que tericamente la velocidad del rotor nunca puede alcanzar ala velocidad delestator (Desplazamiento).

La mayora de turbinas elicas del mundo utilizan un generador asncronotrifsico (de jaula bobinada), tambin llamado generador de induccin, paragenerar corriente alterna. Fuera de la industria elica y de las pequeasunidades hidroelctricas, este tipo de generadores no est muy extendido;aunque de todas formas, el mundo tiene una gran experiencia en tratar conellos:

Lo curioso de este tipo de generador es que fue inicialmente diseado comomotor elctrico. De hecho, una tercera parte del consumo mundial de

electricidad es utilizado para hacer funcionar motores de induccin que muevanmaquinara en fbricas, bombas, ventiladores, compresores, elevadores, yotras aplicaciones donde se necesita convertir energa elctrica en energamecnica. Otra de las razones para la eleccin de este tipo de generador esque es muy fiable, y comparativamente no suele resultar caro. Este generador


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tambin tiene propiedades mecnicas que lo hace especialmente til enturbinas elicas (el deslizamiento del generador, y una cierta capacidad desobrecarga). Un componente clave del generador asncrono es el rotor dejaula.

- ROTOR DE JAULAEste es el rotor que hace que el generador asncrono sea diferente del

generador sncrono. El rotor consta de un cierto nmero de barras de cobre ode aluminio, conectadas elctricamente por anillos de aluminio finales, tal ycomo se ve en la figura 8. En el dibujo del principio de la pgina puede verse elrotor provisto de un ncleo de "hierro", utilizando un apilamiento de finaslminas de acero aisladas, con agujeros para las barras conductoras dealuminio. El rotor se sita en el centro del estator, que en este caso se trata denuevo de un estator tetrapolar, conectado directamente a las tres fases de lared elctrica.

Diferencia entre g enerador d e C.C y C.A

[6]Ahora que se han estudiado tanto los generadores de c-c como los de c-a,se pueden observar las semejanzas bsicas que hay entre ellos, as como susdiferencias fundamentales. En un generador de c-a, el voltaje inducido setransmite directamente a la carga, a travs de anillos rozantes en tanto que enun generador de c-c el conmutador convierte la c-a inducida en c-c antes deque sta sea aplicada a la carga.

Una diferencia fsica importante entre los generadores de c-c y los de c-aestriba en que el campo de la mayor parte de los generadores de c-c esestacionario y la armadura gira, en tanto que lo opuesto ocurre generalmenteen los generadores de c-a. Esto tiene el efecto de hacer que los generadoresde c-a puedan tener salidas mucho mayores de las que son posibles congeneradores de c-c. Otra diferencia entre ambos tipos de generadores es lafuente de voltaje de excitacin para el devanado de campo. Los generadoresde c-c pueden constar ya sea de una fuente de excitacin externa y separada obien obtener el voltaje necesario directamente de su propia salida.


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Por su parte, los generadores de c-a deben estar provistos de una fuenteseparada.

Por lo que respecto a la regulacin de voltaje los generadores de c-c soninherentemente ms estables que los de c-a, Una de las razones es que,aunque los voltajes de salida de ambos tipos de generador son sensibles a loscambios de carga, el voltaje de salida de un generador de c-a tambin essensible a cambios en el factor de potencia de la carga. Adems, es posible unbuen grado de autorregulacin en un generador de c-c usando un devanado dearmadura combinado, lo cual no es factible en generadores de c-a, ya questos deben ser excitados separadamente.

Apl icac iones

[8]Los generadores de corriente alterna son los ms utilizados, se utilizan enlos automviles, es el alternador all se genera una corriente alterna y en lasalida se rectifica con 6 diodos para convertirla en corriente continua. Tambinse puede producir con pequeas plantas de emergencia del orden de 1Kw enlas casas y con plantas de mediana potencia en clnica y hospitales para casosde emergencia. En plantas de mayor potencia para alumbrar pequeos puebloscampos y caseros los cuales son movidos con motores disel. Cuando de altapotencia se trata tenemos generadores en las plantas hidroelctricas comoGuri, Macagua, que son generadores movidos por agua, tambin tenemos lasplantas termoelctricas cuyas turbinas son movidas por vapor de agua.


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1.7 Conclusiones

El generador de corriente alterna se basa segn los principios tanto de laley de Faraday y la ley de Lenz. En la cual al pasar un imn por una bobina

esta creara un campo elctrico.

El rotor o parte mvil es el encargado de crear una tencin inducida en elestator en el cual deberemos crear un campo magntico, la cualobtendremos corriente alterna circulando sobre l.

1.8 Bibliografa

Bibliografa

[1] http://es.slideshare.net/pzumbap/generadores-corriente-alterna.

[2] http://profesores.sanvalero.net/~w0320/TEMA%206%20CORRIENTE%20ALTERNA.pdf.

[3] http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/generador/generador.htm.

[4] http://wlunamsosa.blogspot.com/.

[5] http://generadoresdeca.blogspot.com/2009/08/componentes-de-un-generador-de.html.

[6] http://www.tecnoficio.com/docs/doc70.php.

[7] http://rabfis15.uco.es/lvct/tutorial/41/tema18/tema18-5.htm.

[8] http://jossamuk.wikispaces.com/APLICACIONES+DE+GENERADORES.

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