La màquina elèctrica es pot definir com un dispositiu que converteix l’energia elèctrica en energia mecànica o l’energia mecànica en energia elèctrica. An generador elèctric es pot definir com una màquina elèctrica que converteix l’energia mecànica en energia elèctrica. Un generador elèctric normalment consta de dues parts estator i rotor. Hi ha diversos tipus de generadors elèctrics, com ara generadors de corrent continu, generadors de corrent altern, generadors de vehicles, generadors elèctrics alimentats per humans, etc. En aquest article, analitzem el principi de funcionament del generador síncron.
Generador síncron
Les parts rotatives i estacionàries d'una màquina elèctrica es poden anomenar rotor i estator respectivament. El rotor o estator de les màquines elèctriques actua com a component productor d’energia i s’anomena armadura. S'utilitzen els electroimants o imants permanents muntats a l'estator o rotor camp magnètic d’una màquina elèctrica. El generador en què s’utilitza l’imant permanent en lloc de la bobina per proporcionar un camp d’excitació es denomina generador síncron d’imant permanent o també s’anomena simplement generador síncron.
Construcció de generador síncron
En general, el generador síncron consta de dues parts de rotor i estator. La part del rotor està formada per pals de camp i la part de l’estator està formada per conductors d’armadura. La rotació dels pols de camp en presència de conductors d’armadura indueix un tensió alterna que es tradueix en la generació d’energia elèctrica.
Construcció de generador síncron
La velocitat dels pols de camp és la velocitat síncrona i ve donada per
On, 'f' indica la freqüència de corrent altern i 'P' indica el nombre de pols.
Principi de treball del generador síncron
El principi de funcionament del generador síncron és la inducció electromagnètica. Si hi ha un moviment relatiu entre el flux i els conductors, aleshores s’indueix una emf en els conductors. Per entendre el principi de funcionament del generador síncron, considerem dos pols magnètics oposats entre ells, es col·loca una bobina o torn rectangular com es mostra a la figura següent.
Conductor rectangular situat entre dos pols magnètics oposats
Si el gir rectangular gira en sentit horari contra l'eix a-b tal com es mostra a la figura següent, després de completar la rotació de 90 graus, els costats conductors AB i CD es troben davant del pol S i del pol N respectivament. Així, ara podem dir que el moviment tangencial del conductor és perpendicular a les línies de flux magnètic de pol nord a sud.
Direcció de rotació del conductor perpendicular al flux magnètic
Per tant, aquí la velocitat de tall de flux pel conductor és màxima i indueix corrent al conductor, la direcció del corrent induït es pot determinar utilitzant Regla de la mà dreta de Fleming . Així, podem dir que el corrent passarà d’A a B i de C a D. Si el conductor gira en sentit horari durant 90 graus més, arribarà a una posició vertical tal com es mostra a la figura següent.
Direcció de rotació del conductor paral·lela al flux magnètic
Ara, la posició del conductor i les línies de flux magnètic són paral·leles entre si i, per tant, no s’està tallant cap flux i no s’induirà cap corrent al conductor. Aleshores, mentre el conductor gira des de les agulles del rellotge 90 graus més, el gir rectangular arriba a una posició horitzontal com es mostra a la figura següent. De tal manera que, els conductors AB i CD es troben sota el pol N i el pol S, respectivament. En aplicar la regla de la mà dreta de Fleming, el corrent indueix en el conductor AB del punt B a A i el corrent indueix en un conductor CD del punt D a C.
Per tant, la direcció del corrent es pot indicar com A - D - C - B i la direcció del corrent per a la posició horitzontal anterior del gir rectangular és A - B - C - D. Si el gir es torna a girar cap a la posició vertical, el corrent induït es redueix de nou a zero. Així, per a una revolució completa de gir rectangular, el corrent al conductor arriba al màxim i es redueix a zero i després en la direcció oposada arriba al màxim i torna a arribar a zero. Per tant, una revolució completa del gir rectangular produeix una ona sinusoïdal completa de corrent induïda al conductor que es pot anomenar com la generació de corrent altern mitjançant la rotació d’un gir dins d’un camp magnètic.
Ara, si tenim en compte un pràctic generador síncron, els imants de camp giren entre els conductors estacionaris d’armadura. El rotor del generador síncron i les pales de l’eix o de la turbina s’acoblen mecànicament entre elles i giren a velocitat síncrona. Així, el flux magnètic el tall produeix una emf induïda que provoca el flux de corrent en els conductors de l'armadura. Així, per cada bobinatge el corrent flueix en una direcció durant el primer semicicle i el corrent flueix en l’altra direcció durant el segon semicicle amb un desfasament de 120 graus (ja que es desplaçaven 120 graus). Per tant, la potència de sortida del generador síncron es pot mostrar com es mostra a la figura següent.
Voleu saber més sobre els generadors síncrons i us interessa dissenyar projectes electrònics ? No dubteu a compartir les vostres opinions, idees, suggeriments, consultes i comentaris a la secció de comentaris següent.
