Ctrl+K

Generadors elèctrics

Generadors elèctrics#

El motor d’imants permanents, una màquina reversible#

Ja vam veure a l’inici del tema que podem generar una tensió si fem girar una bobina en un camp magnètic.

De fet, utulitzant les equacions fonamentals veiem que en girar el rotor es genera un força eletromotriu (fem) segons l’expressió [FG16b] :

\[\Large \varepsilon = \omega B N S sin(\omega t) \]

Aquest és el principi bàsic de funcionament del generador de corrent altern o alternador :

Hide code cell source 
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from math import pi
Um=311
f=50
w=f*2*pi
T=1/f
t = np.linspace(0, 3.2*T, 300)
e = Um*np.sin(w*t)

fig, ax = plt.subplots(1, 1, figsize=(5, 3), layout='constrained')

ax.plot(t, e)
ax.axhline(color="black")
ax.axis([0, 3.2*T, -400, 400])
ax.set_xticks([0,T], ['0','$T$'])
ax.set_yticks([-Um,0,Um], ['$-U_m$','0','$U_m$'])
ax.set_title('fem generada')

plt.show()
_images/ebf2c312134d2043a7427992e4b2edf8c61c13d9e637566a11f834fc8a10f555.png

Si, com en el cas del motor d’imants permanents, mecànicament invertim la polaritat de les connexions del rotor cada mitja volta el voltatge generat tindrà sempre el mateix signe. Aquest és el principi de funcionament del generador de corrent continu o dinamo :

Hide code cell source 
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from math import pi
Um=311
f=50
w=f*2*pi
T=1/f
t = np.linspace(0, 3.2*T, 300)
e = np.abs(Um*np.sin(w*t))

fig, ax = plt.subplots(1, 1, figsize=(5, 3), layout='constrained')

ax.plot(t, e)
ax.axhline(color="black")
ax.axis([0, 3.2*T, -400, 400])
ax.set_xticks([0,T], ['0','$T$'])
ax.set_yticks([0,Um], ['0','$U_m$'])
ax.set_title('fem generada')

plt.show()
_images/84f90644a277ef9fbf598680907bb158aeea3e470d717915380ac32d1eea63d2.png

Simulació d’una dinamo#

Hide code cell source 
%%html
 <iframe src="https://www.falstad.com/generator/" width=800 height="425"></iframe>

De la teoria a la pràctica#

No podem generar potències considerables si només tenim imants a l’estator, necessitem un camp magnètic més intens. Per això típicament s’utilitzen bobines a l’estator, amb connexions semblants a les utilitzades als motors CC, que s’alimenten d’una dinamo integrada al rotor. Són els generadors autoexcitats. Trobareu més detalls en els següents vídeos:

from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('iNJSRLdLVtM')

from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('OpL0joqJmqY')

from IPython.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('07uXnc1C5CA')

Quan necessitem generar molta electricitat, com es fa a una central elèctrica, s’utilitzan generadors trifasics, als quals dedicarem el tema següent.

A les imatges següents podeu veure l’estator i el rotor d’un alternador trifasic de l’antiga central tèrmica de Sant Adrà del Besós, alternador que generava 438000 kVA:

Contents