Fisica MOtores y generadores

Generadores y motores
Generadores:

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambiénestátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.



Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. Lamayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.
En las centrales de generación de energía eléctrica (nucleares, térmicas, hidráulicas...) la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina, accionada dependiendo deltipo de central por vapor de agua, aire o agua.
Los generadores eléctricos reciben energía mediante trabajo y la transfieren al exterior por medio de una transmisión eléctrica. Para comprender cómo funciona, piense en el generador de corriente alterna (CA).




Generador de corriente alterna (CA):

En su forma más simple, está constituido por una espira de alambre que gira en un campo magnéticopor algún medio externo.



La espira recibe el nombre de "armadura" y está soldada a unos terminales cilíndricos llamados "colectores" los cuales giran al mismo tiempo que ella.

En íntimo contacto con los colectores, pero sin que giren con ellos, existen unas piezas, generalmente de carbón o un material similar buen conductor, que son las encargadas de recoger la corriente inducida en la espira yllevarla al exterior. Estas piezas se llaman "escobillas" las cuales se conectarán a los cables necesarios para obtener la salida de corriente del generador.
En las plantas eléctricas, la energía requerida para hacer girar la espira se puede obtener de una diversidad de fuentes. Por ejemplo, en una planta hidroeléctrica, el movimiento rotatorio se produce por una caída de agua dirigida hacia lasaspas de una turbina; en una planta termoeléctrica a base de coque de carbón, la energía liberada al quemar el carbón se utiliza para convertir el agua en vapor y éste es dirigido hacia las aspas de la turbina.

Conforme gira una espira en un campo magnético, el flujo magnético a través del área encerrada por la espira cambia en función del tiempo; esto, de acuerdo con la ley de
Faraday, induceuna fem así como una corriente en la espira. Los extremos de la espira se conectan a anillos de deslizamiento que giran con ella. Las conexiones de estos anillos, que actúan como terminales de salida del generador al circuito externo, se realizan mediante escobillas inmóviles que están en contacto con ellos.

Suponga que, en lugar de una sola vuelta, la espira tiene N vueltas (una solución máspráctica), todas con la misma área A, y giran en un campo magnético con una rapidez angular constante v. Si u es el ángulo formado entre el campo magnético y la normal al plano de la espira, como ocurre en la figura 1, el flujo magnético a través de la espira para cualquier instante es igual a:


Donde utiliza la correspondencia existente entre la posición angular y la rapidez angular (El reloj seajusta de manera que cuando .) Por eso, la fem ( fuerza electromotriz) inducida en la bobina es:



Este resultado indica que la fem varía de manera senoidal en función del tiempo, tal y como está graficado en la figura 1.b .La fem máxima tiene como valor:



Que se presenta cuando , o bien, igual a 270°. En otras palabras, cuando el campo magnético está en el plano de la bobina y la...