Generador de corriente alternaEl generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energa mecnica en energa elctrica. El generador ms simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magntico uniforme. El movimiento de rotacin de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroelctrica, o por un chorro de vapor en una central trmica. En el primer caso, una parte de la energa potencial agua embalsada se transforma en energa elctrica; en el segundo caso, una parte de la energa qumica se transforma en energa elctrica al quemar carbn u otro combustible fsil.Cuando la espira gira, el flujo del campo magntico a travs de la espira cambia con el tiempo. Se produce una fem. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos.Si conectamos una bombilla al 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 sea la velocidad con que gira la espira en el campo magntico.

Con este ejemplo, completamos las tres formas que hay de variar con el tiempo el flujo de un campo magntico a travs de una espira, =BS, como producto escalar de dos vectores, el vector campo B y el vector superficie S. Cuando el campo cambia con el tiempo. Cuando el rea de la espira cambia con el tiempo. Cuando el ngulo entre el vector campo B y el vector superficie S cambia con el tiempo. Situacin que se discute en esta pgina.Ley de Faraday y ley de Lenz

Supongamos que la espira gira con velocidad angular constante . Al cabo de un cierto tiempo t el ngulo que forma el campo magntico y la perpendicular al plano de la espira es t. El flujo del campo magntico B a travs de una espira de rea S es =BS=BScos( t)La fem en la espira es

La fem V vara sinusoidalmente con el tiempo, como se muestra en la figura. La fem alcanza su valor mximo en valor absoluto cuando t=/2 3/2, cuando el flujo es mnimo (el campo magntico est en el plano de la espira), y es nula cuando t=0 , cuando el flujo es mximo (el campo magntico es perpendicular al plano de la espira).

Sentido de la corriente inducidaAplicando la ley de Lenz podemos determinar el sentido de la corriente inducida. El sentido viene determinado por el movimiento de portadores de cargas positivos representados por puntos rojos. Fuerza sobre los portadores de carga El sentido de la corriente inducida lo podemos determinar a partir de la fuerza sobre un portador de carga positivo imaginariamente situado en el lado a de la espira. Como ya hemos estudiado la fuerza fm que ejerce un campo magntico B sobre un portador de carga positivo que se mueve con velocidad v es el producto vectorial

En la figura, se ha dibujado el vector velocidad cuyo mdulo es v=b/2. y el vector campo B en la posicin que ocupa un portador de carga positivo representado por un punto de color rojo.

Como v y B forman el ngulo t, el mdulo de la fuerza es fm=q (b/2)Bsen( t). El campo En =fm/q que impulsa las cargas (fuerza por unidad de carga positiva) es En= (b/2)Bsen( t)La fem V es

Como puede verse en la figura, En es paralelo a los lados de longitud a de la espira, pero es perpendicular a los lados de longitud b y por tanto, el producto escalar Endl en estos dos lados es nulo.El sentido de la corriente inducida es el mismo que el sentido de fm o de En (fuerza sobre la unidad de carga positiva).Hemos obtenido la fem y el sentido de la corriente inducida por dos procedimientos distintos. La ley de Faraday para obtener la fem y la ley de Lenz para determinar el sentido de la corriente inducida. Y La fuerza sobre los portadores de carga positivos situados en la espira.

CONCEPTO CORRIENTE ALTERNALas mquinas de corriente alternadas fueron utilizadas posteriormente a las de continua. La tcnica fue dirigida hacia la obtencin de corriente continua, para lo que se enderez la corriente inducida en las espiras mediante el colector o conmutador. Con el progreso de la ciencia se aportaron nuevas ideas de utilizacin de la corriente alternada, sus ventajas en la economa del transporte y en el costo de generadores y motores.El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energa mecnica en energa elctrica. El generador ms simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magntico uniforme.Un generador producir una corriente elctrica que cambia de direccin a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente alterna es ventajosa para la transmisin de potencia elctrica, por lo que la mayora de los generadores elctricos son de este tipo. En su forma ms simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en slo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura estn sacados a los anillos colectores slidos sin segmentos del rbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua ms que con el generador en s. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con ms facilidad la frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, son a menudo mquinas de dos polos. A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras giratorias no son prcticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a que pueden producirse fallas mecnicas que podran causar cortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un nmero de imanes de campo.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento del generador de corriente alterna, se basa en el principio general de induccin de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campo magntico. Este generador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magntico y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las lneas de fuerza de dicho campo. Los mismos funcionan colocando una espira dentro de un campo magntico y se la hace girar, sus dos lados cortarn las lneas de fuerzas del campo, inducindose una fem, esta verificada en los extremos del conductor que forma la espira. La fem inducida es de carcter alternado. Cerrando el circuito esta fem da origen a una corriente elctrica, tambin alternada. Si conectamos una lmpara al 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 sea la 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 el inducido 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 aleacin ferromagntica, se magnetizan bajo la accin de los imanes del inductor. Dado que 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 polo S), y su intensidad pasa de un mximo, cuando estn las piezas enfrentadas, a un 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 que inducirn en las cuatro bobinas una diferencia de potencial (voltaje) que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales A-B se obtiene multiplicando el nmero de vueltas por segundo del inductor por el nmero de pares de polos del inducido (en este caso 2), y el voltaje generado depender de la fuerza de los imanes (intensidad del campo), la cantidad de vueltas de alambre de las bobinas y de la velocidad de rotacin.

La corriente que se genera mediante los alternadores descriptos, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que est diseada la mquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofsica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90 una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirn dos ondas de corriente, una de las cuales estar en su mximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifsica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ngulos de 120, se producir corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifsica.Siendo lo mismo girar la espira o a los campos, ser mejor girar aquella parte que conduzca menor corriente porque los contactos deslizantes debern dejar paso a corrientes ms pequeas. Esto se hace con los alternadores y motores reversibles.

Como la fem es proporcional a las variaciones del flujo magntico y al nmero de 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 para determinar el sentido de la corriente inducida.

Ley de Faraday

La Ley de Faraday establece que la corriente inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magntico que lo atraviesaLa induccin electromagntica fue descubierta en 1830. La induccin electromagntica es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador elctrico, el transformador y muchos otros dispositivos.

Es decir, la fem es inducida en un circuito cuando el flujo magntico a travs de un circuito vara en el tiempo.

Ley de LenzLa Ley de Lenz nos dice que las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas sern de un sentido tal, que se opongan a la variacin del flujo magntico que las produjo.

Componentes de un Generador de Corriente Alterna Los principales componentes de un generador de corriente alterna son los que se muestran a continuacin:1. Estator.2. Rotor.3. Sistema de enfriamiento.4. Excitatriz.5. Conmutador.ESTATORLos elementos mas importantes del estator de un generador de corriente alterna, son las siguientes: Componentes mecnicas. Sistema de conexin en estrella. Sistema de conexin en delta.Componentes mecnicas. Las componentes mecnicas de un generador son las siguientes: La carcaza. El ncleo. Las bobinas. La caja de terminales.Sistema de conexin en estrella. Los devanados del estator de un generador de C.A. estn conectados generalmente en estrella, en la siguiente figura T1, T2, T3 representan las terminales de linea (al sistema) T4, T5, T6 son las terminales que unidas forman el neutro.

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

EL ROTOR

Para producir el campo magntico sobre el rotor se utilizan polos que consisten de paquetes de laminaciones de fierro magntico (para reducir las llamadas corrientes circulantes) con conductores de cobre arrollados alrededor del hierro, estos polos estn excitados por una corriente directa. Los polos del rotor se 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 que inducen el voltaje en el devanado de armadura, en donde se encuentran las bobinas que determinan si el generador es monofsico o trifsico.Voltaje de salida monofsico. un generador que tiene un voltaje de salida monofsico, se lo denomina generador monofsico. Este voltaje de salida se obtiene con un conjunto de bobinas de armadura en el estator, si se trata de un generador monofsico de dos polos; entonces, se dice que estos polos son Norte y Sur con conductores que son parte de los conductores de armadura continuos y que llenan las ranuras del estator.Las ranuras estn separadas mecnicamente y elctricamente por 180, de modo que cuando el flujo proveniente del polo norte intercepta el lado A(1) del conductor, el flujo que retoma al polo sur intercepta al lado A(2) del conducto, obtenindose como resultado la generacin de un pico de voltaje entre A(1) y A(2). Cuando los polos norte y sur estn perpendiculares con respecto al plano de los conductores A(1) y A(2), no hay lineas de fuerzas que intercepten los conductores y, entonces la diferencia de voltaje entre A(1) y A(2) es cero. Cuando el rotor completa una revolucin (360) se dice que ha completado un ciclo.

El Voltaje Inducido Como cada espira de la bobina de la armadura se mueve de una parte del campo a otra, eslabona un numero diferente de lineas de flujo, en este cambio en los eslabonamientos de flujo que induce un voltaje en el conductor, el voltaje mas grande se induce en el instante que este cambio es el mayor, esto es, el instante en el que el conductor corta el campo en angulo recto.En la medida que el rotor gira a una velocidad constante, se induce una onda senoidal de voltaje, el valor de este voltaje depende de la velocidad del rotor, a mayor rapidez el voltaje es mayor.El valor del voltaje depende tambien de la intensidad del campo magnetico, a mayor intensidad de campo, mayor voltaje inducido.Para un generador trifasico, se deben tener tres bobinas de armadura que estan desplazadas entre si 120, a cada una de las bobinas o grupos de bobinas se los denomina Fase, de manera que se designan tres fases como: Fase A, Fase B y Fase C.

La magnitud del voltaje en cada fase se calcula como:Emax = Bm lwr (volts)DondeBm: densidad de flujo maximo producido por el campo del rotor, expresado en tesla.l: longitud de ambos lados de bobina en el campo magnetico m.W: velocidad angular del rotor (= 2 x frecuencia rad/seg)r: radio de la armadura en m.Las ondas de voltaje obtenidas para cada fase se dan por los cambios en los eslabonamientos de flujo magnatico, cuando el campo esta directamente opuesto a la bobina se da el maximo cambio en los eslabonamientos de flujo y, el maximo voltaje inducido se da en ese instante.

Regla de la Mano Derecha para Generadores Para determinar la polaridad de un generador, se deben conocer primero dos direcciones:1. La direccion (norte a sur) del campo magnetico.2. La direccion en al cual el conductor se esta moviendo y como corta al campo.Siempre se pueden determinar direcciones por medio del uso de la regla de la mano derecha para generadores. El dedo pulgar apunta hacia arriba, el indice hacia la izquierda y el dedo medio hacia el cuerpo.El dedo indice indica la direccion del flujo magnetico, el dedo pulgar apunta a la direccion en que se mueve el conductor y el dedo medio indica la direccion del flujo de corriente.

La operacion basica de un generador de corriente alterna consiste en una espira de alambra que se encuentra libre para girar en un campo magnetico, como se ha indicado antes, a la espira de alambre se le llama armadura y al campo magnetico se le llama el campo, la armadura se gira por un elemento que se denomina primomotor, que dependiendo de la fuente primaria de energia, aplicacion y uso, puede estar accionado por agua, vapor turbinas de viento o motores a gasolina o diesel.

La espira de la armadura se conecta a anillos rozantes, que a traves de las escobillas se conectan por conductores al exterior, en la medida que la armadura gira, se genera un voltaje que se conecta al exterior para alimentar un circuito al cual se conectan las cargas. Los generadores de corriente alterna se conocen tambien como alternadores.

De la figura anterior, cuando la armadura de un generador de corriente alterna hace una rotacion completa a traves del campo magnetico, sucede lo siguiente: Cuando la armadura alcanza la posicion 2, la espira (armadura) se mueve en forma perpendicular al campo magnetico, por lo tanto, corta el maximo numeros de lineas por segundo. Cuando gira la armadura y pasa la posicion 2, el voltaje cae cuando ya no esta perpendicular al campo magnetico. Al alcanzar la armadura la posicion 3, su movimiento es otra vez paralelo al campo y el voltaje de salida vuelve a cero. Cuando la armadura gira de la posicion 3 a la 4, el voltaje vuelve a alcanzar el valor maximo. Cuando la armadura completa su rotacion y pasa a al posicion 4, el voltaje cae a cero otra vez.El voltaje generado se aplica a la carga externa alimentada a traves de un transformador o tableros como se muestra en la figura:

La Forma Como Trabajan los Generadores Para estudiar la forma en como convierten los generadores la energia mecanica en energia electrica, se puede usar la siguiente figura, que representa un generador elemental, en donde el campo magnetico principal viene de un par de imanes permanentes. observese que la cara del polo norte se encuentre enfrente de la cara del polo sur, la forma curvada de los polos produce el campo mas intenso. La bobina de la armadura esta devanada sobre el rotor, cada extremo de esta bobina esta fijo a su propia banda metalica, estas bandas se llaman anillos rozantes y es donde aparece el voltaje generado.

Para colectar el voltaje generado, se debe tener una trayectoria electrica de los anillos rozantes a las terminales del generador, esto se hace con pequeas piezas metalicas o de carbon llamadas Escobillas que se encuentran fuertemente fijas a los anillos rozantes por medio de resortes, en la medida que la bobina gira, los conductores cortan el campo magnetico, esto produce el voltaje inducido en la bobina.Forma de la f.e.m. Inducida Cuando el electroimn est en la posicin horizontal de la figura, se produce el corte mximo de lneas de fuerza; cuando alcanza la posicin vertical, ninguna lnea de. fuerza cortar al conductor; en posiciones intermedias las lneas son cortadas oblcuamente, por lo que el valor de la f.e.m. inducida disminuir con respecto al valor correspondiente a la posicin horizontal y seguir disminuyendo hasta anularse en la posicin vertical del inductor. Al sobrepasar la posicin vertical, la f.e.m. comienza a producirse otra vez pero en sentido contrario, porque el sentido del desplazamiento del campo con respecto al conductor se invierte. En esta forma la fe.m. ir aumentando su valor hasta llegar a la posicin horizontal en que alcanza el valor mximo, y desde donde empieza a disminuir de nuevo, llega a la posicin vertical invertida, se produce una nueva inversin del sentido de la corriente y as sucesivamente.Una fe.m. de tales caractersticas es precisamente la alternada, por lo que la corriente inducida en la espira tendr tal carcter. Como la espira est fija, sus bornes terminales sirven para recoger la corriente sin inconvenientes puesto que no hay contactos rozantes.

Devanados y Campos en el Generador En la siguiente figura se muestran cuatro tipos de generadores. Para generar electricidad se debe empezar con un campo magntico principal, entonces este campo se debe cortar por un conductor, el campo principal se puede producir por un imn permanente que puede ser parte del estator, tal cual lo muestra la figura A, o bien puede ser el rotor como se muestra en la figura B. el campo principal puede ser un campo electromagntico en lugar de un imn permanente, la bobina que lo produce se llama EL DEVANADO DE CAMPO, o simplemente el campo.El campo se puede devanar sobre el estator, como se muestra en la figura C, o sobre el rotor como lo muestra la figura D. Los conductores en los que se induce la electricidad, forman el devanado de la armadura. En los generadores de corriente directa, el devanado de armadura esta sobre el rotor o parte giratoria; sin embargo, en los generadores de corriente alterna para ciertas aplicaciones, el devanado de armadura esta en la parte estacionaria (estator).

Generador de Corriente Alternada Que es un Generador?Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores elctricos son mquinas destinadas a transformar la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambin estator). Si mecnicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.).Se clasifican fundamentalmente en: Primarios: Convierten en energia elctrica la energa de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente. Secundarios: Entregan una parte de la energa elctrica que han recibido previamente.

Principio de Funcionamiento El funcionamiento del generador de corriente alterna, se basa en el principio general de induccin de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campo magnetico.Este generador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magntico y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las lneas de fuerza de dicho campo.

Figura 1.- Disposicin de elementos en un generador simpleAs, en el generador mostrado en la Figura 1, 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 el inducido 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 aleacin ferromagneticas (zapatas polares) se magnetizan bajo la accin de los imanes del inductor. Dado que 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 polo S), y su intensidad pasa de un mximo, cuando estn las piezas enfrentadas como en la figura, a un 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 que inducirn en las cuatro bobinas una diferencia de potencial (voltaje) que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales A-B se obtiene multiplicando el nmero de vueltas por segundo del inductor por el nmero de pares de polos del inducido ( en nuestro caso 2), y el voltaje generado depender de la fuerza de los imanes (intensidad del campo), la cantidad de vueltas de almbre de las bobinas y de la velocidad de rotacin.Para una mejor explicacion del funcionamiento les dejo este link en el cual podran observar una aplicacion java que nos mostrara el funcionamiento de un generador de corriente elemental.