Generador síncron: dispositiu, tipus i aplicacions

Un generador síncron és un dispositiu especial mitjançant el qual és possible convertir qualsevol energia en energia elèctrica. Aquests dispositius són estacions mòbils, bateries tèrmiques o solars i equips especials. Segons el tipus de generador, es determina la possibilitat del seu ús, per la qual cosa val la pena entendre amb més detall quin és el dispositiu.

A finals del segle XIX, l'empresa de Robert Bosch va desenvolupar per primera vegada una cosa semblant a un generador. El dispositiu era capaç d'encendre un motor. Durant les proves, es va revelar que la màquina no és apta per a un ús permanent, però els desenvolupadors van poder millorar l'aparell.

El 1890, l'empresa va passar gairebé completament a la producció d'aquest equipament, ja que va guanyar una gran popularitat. L'any 1902, un estudiant de Bosch va crear un encès amb alt voltatge. El dispositiu va poder produir una espurna entre els dos elèctrodes de l'espelma, fent el sistema més versàtil.

El començament dels anys 60 del segle XX va ser l'era de la difusió dels generadors per tot el món. I si abans els dispositius només es demandaven a la indústria de l'automòbil, ara aquestes unitats poden proporcionar electricitat a cases senceres.

El disseny d'aquestes unitats només inclou dos elements principals:

• rotor;
• estator.

La tasca principal del generador és convertir un tipus d'energia en energia elèctrica. Amb la seva ajuda, és possible proporcionar la quantitat de corrent necessària als dispositius dependents perquè es puguin utilitzar.

Per avaluar el rendiment d'un generador, cal tenir en compte les seves característiques. En principi són els mateixos que per a una estació que genera corrent continu. Diversos factors són els principals paràmetres de l'avaluació.

• Ralentí. És la dependència de l'EMF de la força dels corrents en moviment responsables de l'excitació de la bobina de l'amortidor. Amb la seva ajuda, és possible determinar la capacitat de magnetització de les cadenes.
• Característica externa. Implica una relació paral·lela entre la tensió de la bobina i el corrent de càrrega. El valor depèn del tipus de càrrega aplicada al dispositiu. Entre els motius que poden provocar canvis, hi ha un augment o disminució de l'EMF de la unitat, així com una caiguda de tensió als bobinatges de la bobina instal·lada, que es col·loca dins del dispositiu.
• Ajust. Representa la relació que es forma entre els corrents de camp i els corrents de càrrega. El seguiment d'aquest indicador s'aconsegueix garantir l'operabilitat i la protecció de les unitats síncrones. Això és fàcil d'aconseguir si ajusteu constantment l'EMF.

No és tan difícil esbrinar com funciona el dispositiu. Consisteix a fer girar un marc magnètic per tal de crear un camp elèctric. En el procés de rotació del marc, apareixen línies magnètiques que comencen a creuar el seu contorn.L'encreuament contribueix a la formació d'un corrent elèctric.

Per determinar cap on es mouen els fluxos d'energia elèctrica, cal utilitzar la regla del gimbal. Cal destacar que en algunes zones el moviment actual és contrari. Les direccions canvien constantment quan arribeu al següent pol, que es troba a l'imant. Aquest fenomen s'anomena corrent altern i la connexió del marc a un anell magnètic separat pot demostrar aquesta condició.

La relació entre la magnitud del corrent al bastidor i la velocitat de gir del rotor del sistema és proporcional. Així, com més gira el bastidor, més electricitat pot subministrar el generador. Aquest indicador es caracteritza per la velocitat de rotació.

D'acord amb els estàndards establerts, l'indicador de velocitat òptim a la majoria dels països no ha de superar els 50 Hz. Això vol dir que el rotor ha de realitzar 50 vibracions per segon. Per calcular el paràmetre, cal acceptar que una rotació del marc condueix a un canvi en la direcció del corrent.

Si l'eix aconsegueix girar 1 vegada per segon, això significa que la freqüència del corrent elèctric és d'1 Hz. Així, per aconseguir 50 Hz, caldrà assegurar el nombre correcte de rotacions de fotogrames per segon.

La dependència en aquest cas és inversament proporcional. Així, per proporcionar una freqüència de 50 Hz, caldrà reduir la velocitat unes 2 vegades.

A més, cal tenir en compte que en alguns països s'estableixen altres taxes de rotació del rotor. La freqüència estàndard és de 60 Hz.

Avui els fabricants produeixen diversos tipus de generadors síncrons. Entre les classificacions existents, diverses mereixen una atenció especial. En primer lloc, val la pena considerar la divisió de les unitats per disseny. Els generadors són de dos tipus.

• Sense raspalls. El disseny del generador implica l'ús de bobinatges de l'estator. Es col·loquen de manera que els nuclis de l'element estiguin alineats amb la direcció dels pols magnètics o dels nuclis que es proporcionen a la bobina. El nombre màxim de dents imants no ha de superar les 6 peces.

• Sincrònic, equipat amb inductor. Si estem parlant d'ajustar màquines que funcionen a baixa potència, els imants de corrent continu s'utilitzen com a rotor. En cas contrari, el rotor és el bobinatge de l'inductor.

La classificació següent implica la divisió de les estacions mòbils en tipus separats.

• Hidrogeneradors. Una característica distintiva del dispositiu és un rotor amb pols pronunciats. Aquestes unitats s'utilitzen per generar electricitat on no cal proporcionar un gran nombre de revolucions del dispositiu.

• Generadors de turbina. La diferència és l'absència de pols pronunciats. El dispositiu està muntat a partir de diverses turbines, és capaç d'augmentar el nombre de revolucions del rotor diverses vegades.

• Juntes de dilatació síncrones. S'utilitza per aconseguir potència reactiva, un indicador important a les instal·lacions industrials. Amb la seva ajuda, és possible millorar la qualitat del corrent subministrat i estabilitzar els indicadors de tensió.

Hi ha diversos models comuns d'aquests dispositius.

• Pas a pas. S'utilitzen per garantir l'operativitat dels accionaments instal·lats en mecanismes que tenen un cicle d'arrencada-aturada.

• Sense engranatges. S'utilitza principalment en sistemes autònoms.

• Sense contacte. Tenen una demanda com a estacions mòbils principals o de seguretat als vaixells.

• Histèresi. Aquests generadors s'utilitzen per a comptadors de temps.

• Inductor. Assegurar el funcionament de les instal·lacions elèctriques.

Els primers són dispositius en què els pols són clarament visibles. Es distingeixen per una baixa velocitat del rotor. La segona categoria té un rotor cilíndric en el seu disseny, que no té pals que sobresurten.

Els generadors síncrons són dispositius dissenyats per a la producció de corrent altern. Podeu trobar aquests dispositius a diverses estacions:

• atòmic;
• tèrmica;
• centrals hidroelèctriques.

I també les unitats s'utilitzen activament en sistemes de transport. S'utilitzen en diversos vehicles i sistemes de vaixells. El generador síncron és capaç de funcionar tant de manera autònoma, per separat de la xarxa elèctrica, com simultàniament amb aquesta. En aquest cas, és possible connectar diverses unitats alhora.

L'avantatge de les centrals elèctriques de CA és la capacitat de proporcionar electricitat a l'espai assignat. Convenient si l'objecte es troba lluny de la xarxa central. Per tant, les unitats són demanades entre els propietaris de finques situades en assentaments allunyats de la ciutat.

A l'hora de triar un generador, és important trobar un dispositiu adequat i fiable que pugui proporcionar electricitat a la zona assignada. Primer heu de decidir els paràmetres tècnics del futur dispositiu. Els experts aconsellen prestar atenció a:

• la massa del generador;
• dimensions del dispositiu;
• poder;
• el consum de combustible;
• xifra de soroll;
• durada del treball.

I també un paràmetre important és la capacitat d'organitzar el treball automàtic. Per entendre quantes fases necessita un futur generador, cal determinar el tipus i el nombre d'aparells elèctrics que s'hi connectaran.

Tanmateix, la compra d'una central elèctrica mòbil no sempre és la millor decisió.

Abans de comprar, també es recomana tenir en compte la càrrega que s'exercirà sobre el dispositiu durant el seu funcionament. Cada fase s'ha de carregar amb un màxim del 30% del total. Així, si la potència del generador és de 6 kW, en el cas d'utilitzar endolls amb una tensió de 220 V, només es podrà utilitzar 2 kW.

La compra d'un generador trifàsic només es demanda quan hi ha molts consumidors trifàsics a la casa. Si la majoria dels aparells són monofàsics, és millor comprar una unitat adequada.

Abans d'engegar el generador, primer s'ha d'ajustar. En primer lloc, ajusten la freqüència del dispositiu. Això es pot fer de dues maneres:

1. canviar el disseny de la unitat, havent previst quants pols són necessaris per al funcionament de l'electroimant;
2. proporcionar la velocitat de l'eix requerida sense cap canvi de disseny.

Un exemple sorprenent són les turbines de baixa velocitat. Proporcionen una rotació del rotor de 150 rpm. Per ajustar la freqüència, utilitzeu el primer mètode, augmentant el nombre de pols a 40 peces.

Malgrat que l'EMF de la inducció del dispositiu està associat amb el rotor i les seves rotacions, a causa dels requisits de seguretat, és impossible desmuntar l'estructura per canviar el paràmetre.

El valor EMF es pot canviar ajustant el flux magnètic generat. S'haurà d'augmentar o disminuir. Els girs sinuosos, o millor dit, el seu nombre, són els responsables del valor de l'indicador. I també la potència del flux magnètic pot estar influenciada pel corrent generat per la bobina.

L'ajust implica la inclusió de diverses bobines en una cadena.Per fer-ho, cal utilitzar reòstats o circuits electrònics addicionals. La segona opció requereix configurar el paràmetre mitjançant estabilitzadors externs. Això garanteix un servei fiable.

L'avantatge d'una estació mòbil síncrona és la capacitat de sincronitzar-se amb altres màquines elèctriques de tipus similar. Al mateix temps, durant la connexió, és possible fer coincidir les velocitats de rotació i assegurar un canvi de fase zero. En aquest sentit, les centrals elèctriques mòbils tenen una demanda en l'enginyeria d'energia industrial, on és molt convenient utilitzar-les com a font d'energia de reserva per augmentar la capacitat de producció en cas de càrregues pesades.

Vegeu a continuació el generador síncron i asíncron.