Electrotecnia

GENERACIÓN DE TENSIONES ALTERNAS SENOIDALES

GENERACION DE TENSIONES ALTERNAS SENOIDALES

1.1

Funciones senoidales

Los sistemas actuales de generación de energía eléctrica, presentan una característica senoidal, cuya forma genérica para una fuente de tensión es la se muestra en la figura 1.1.
Función senoidal Tensión

Um

t

T

Figura 1.1 Forma de onda senoidal u(t) = Um sen ωtSiendo: Um: Amplitud de la onda senoidal ωt : Argumento ω : Frecuencia angular (Radianes / segundo) T : Período de oscilación

Se define como frecuencia (f) a la cantidad de períodos por segundo ó sea:
f= 1 T [Hz] Ciclos por segundo ó Hertz

Luego la frecuencia angular será:

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GENERACIÓN DE TENSIONES ALTERNAS SENOIDALES

ω=

2 ⋅π T

= 2 ⋅π ⋅ f

Enel caso en que la función tenga un ángulo de fase θ la expresión es la siguiente: u(t) =Um sen (ωt + θ) En esta función el fenómeno ocurre θ/ω radianes antes, lo cual indica que la misma adelanta a u(t) = Um sen ωt, según se muestra en la figura 1.2.
Función senoidal Tensión

Um

t

θ ω
T

Figura 1.2 Función senoidal con ángulo de fase inicial

1.2

Inducción electromagnética

Entodo conductor que se mueve a través de un campo magnético, se induce una fuerza electromotriz de acuerdo a la Ley de Faraday. En la figura 1.3 está dibujado un conductor en movimiento a través de un campo magnético, el cual se ha representado por sus dos “polos magnéticos” norte (N) y sur (S).

N

Líneas de campo magnético Dirección del movimiento del conductor

S
Figura 1.3 Movimiento de unconductor dentro de un campo magnético
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GENERACIÓN DE TENSIONES ALTERNAS SENOIDALES

El sentido de dicha fuerza electromotriz, es tal que la corriente que genera, provoca un campo magnético alrededor de dicho conductor, cuyo efecto es oponerse a la causa que lo creó. En el esquema podemos observar que la fuerza electromotriz inducida, tiene sentido entrante alplano del dibujo, lo que provoca una fuerza en el conductor que se opone al sentido del movimiento. Dicho sentido se puede obtener de la siguiente forma práctica:

Se coloca la palma de la mano derecha en posición tal que reciba el flujo originado por el campo magnético, el pulgar deberá tener el sentido del movimiento y el resto de los dedos nos indica el sentido de la fuerza electromotrizinducida.
El valor de la fuerza electromotriz inducida generada es el siguiente:
d t Φ t Flujo magnético tiempo

E = B ⋅l⋅ v =B ⋅l

=

(

)

Donde:

B : Inducción magnética en [Tesla] l : Longitud del conductor bajo la acción del campo magnético [metros] v : Velocidad de desplazamiento del conductor [metros / segundo] d : Distancia recorrida por el conductor en un tiempo “t” [metros] Φ :Valor del flujo magnético [Weber] Φ=B.d.l

1.3 Generador elemental de tensión alterna
En la figura 1.4, se ha dibujado un generador elemental de corriente alterna.

Eje de giro ω

S
Φ

N

Anillos rozantes

Bobina de “N” espiras Escobillas

+

-

Figura 1.4 Generador elemental de corriente alterna

Ing. Julio Álvarez 12/09

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GENERACIÓN DE TENSIONES ALTERNAS SENOIDALESEl mismo consta de un imán permanente ó electroimán, el cual produce un campo magnético constante, representado por su flujo (Φ). Entre ambos polos (Norte - Sur), se coloca una bobina de “N” espiras, montada sobre un eje, al cual se le impone un movimiento giratorio constante por medio de una máquina impulsora (Motor diesel, turbina de vapor, gas, etc.). Los terminales de dicha bobina se conectana un par de anillos rozantes fijos al eje (Aislados eléctricamente entre si y del eje), lo cual permite a través de unas escobillas ó carbones, la continuidad eléctrica entre la parte móvil y la fija a la cual se debe llevar la corriente. Si analizamos los fenómenos que ocurren en la bobina en cuestión a lo largo de un giro completo observamos: • • • • En la posición del dibujo la bobina tiene...