Cómo obtener corriente eléctrica alterna
Inducción electromagnética y la ley de Faraday.
Michael Faraday en 1831 descubrió el patrón, que más tarde recibió su nombre: Ley de Faraday. En sus experimentos, utilizó 2 instalaciones. El primero consistía en un núcleo de metal con dos conductores enrollados y no conectados. Cuando conectó uno de ellos a una fuente de energía, la aguja del galvanómetro conectada al segundo conductor se retorció. Así, se demostró la influencia de un campo magnético en el movimiento de partículas cargadas en un conductor.
La segunda instalación es un disco Faraday. Este es un disco de metal al que están conectados dos conductores deslizantes, y que, a su vez, están conectados a un galvanómetro. El disco gira cerca del imán, y durante la rotación en el galvanómetro, la flecha también se desvía.
Entonces, la conclusión de estos experimentos fue una fórmula que relaciona el paso de un conductor a través de las líneas de fuerza de un campo magnético.
Aquí: E es la EMF de inducción, N es el número de vueltas del conductor que se mueve en un campo magnético, dF / dt es la velocidad de cambio del flujo magnético en relación con el conductor.
En la práctica, también usan la fórmula con la que puede determinar el EMF a través de la magnitud de la inducción magnética.
e = B * l * v * sinα
Si recordamos la fórmula que relaciona el flujo magnético y la inducción magnética, podemos suponer cómo ocurrió la derivación de la fórmula anterior.
Ф = B * S * cosα
Así nació la generación de corriente. Pero hablemos sobre cómo acercar la corriente alterna a la práctica.
Formas de obtener AC
Supongamos que tenemos un marco de material conductor. Colóquelo en un campo magnético. De acuerdo con la fórmula anterior, si comienza a girar el marco, una corriente eléctrica fluirá a través de él. Con una rotación uniforme en los extremos de este marco, se obtendrá una corriente sinusoidal alterna.
Esto se debe al hecho de que, dependiendo de la posición a lo largo del eje de rotación, un número diferente de líneas de fuerza penetran en el marco. En consecuencia, la magnitud de la EMF no se induce de manera uniforme, sino de acuerdo con la posición del marco, como es el signo de esta cantidad. ¿Qué ves en la tabla de regaños de arriba? Cuando el marco gira en un campo magnético, tanto la frecuencia de la corriente alterna como la magnitud de la EMF en los terminales del marco dependen de la velocidad de rotación. Para lograr un cierto valor EMF a una frecuencia fija, se realizan más giros. Por lo tanto, resulta no un marco, sino una bobina.
La corriente alterna a escala industrial se puede obtener de la misma manera que la descrita anteriormente. En la práctica, las centrales eléctricas con alternadores han encontrado un uso generalizado. En este caso, se utilizan generadores síncronos.Dado que es más fácil controlar tanto la frecuencia como la magnitud de la fem de la corriente alterna, y pueden soportar sobrecargas de corriente a corto plazo muchas veces.
Según el número de fases en las centrales eléctricas, se utilizan generadores trifásicos. Esta es una solución de compromiso asociada con la viabilidad económica y el requisito técnico de crear un campo magnético giratorio para la operación de motores eléctricos, que constituyen la mayor parte de todos los equipos eléctricos en la industria.
Dependiendo del tipo de fuerza que impulsa el rotor, el número de polos puede ser diferente. Si el rotor gira a una velocidad de 3000 rpm, para obtener corriente alterna con una frecuencia industrial de 50 Hz, necesita un generador con 2 polos, para 1500 rpm, con 4 polos, etc. En las siguientes figuras, verá un dispositivo generador de tipo síncrono.
Hay bobinas o devanados de campo en el rotor; se le suministra corriente desde un generador excitador (Generador de corriente CC - GPT) o desde un excitador semiconductor a través de un aparato de cepillo. Los cepillos están ubicados en los anillos, a diferencia de las máquinas colectoras, como resultado de lo cual el campo magnético de los devanados no cambia en dirección y signo, sino que cambia en magnitud, al regular la corriente del excitador. Por lo tanto, las condiciones óptimas se seleccionan automáticamente para admitir el modo de funcionamiento del alternador.
Entonces, logramos obtener corriente alterna a escala industrial mediante un método basado en los fenómenos de inducción electromagnética, es decir, utilizando generadores trifásicos. En la vida cotidiana, se utilizan generadores monofásicos y trifásicos. Se recomienda comprar este último para trabajos de construcción. El hecho es que una gran cantidad de herramientas eléctricas y máquinas herramientas pueden trabajar desde tres fases. Estos son motores eléctricos de varios mezcladores de concreto, sierras circulares y potentes máquinas de soldadura que también funcionan con una red trifásica. Además, los generadores síncronos son adecuados para tales tareas, los asíncronos no son adecuados, debido a su mal funcionamiento con dispositivos que tienen grandes corrientes de entrada. Las centrales eléctricas asíncronas domésticas son más adecuadas para el suministro de energía de respaldo de casas privadas y casas de campo.
Convertidores electrónicos
Sin embargo, no siempre es racional o conveniente usar plantas de energía doméstica a gasolina o diesel. Hay una salida: obtener una corriente eléctrica alterna monofásica o trifásica a partir de la corriente continua. Para hacer esto, use convertidores o, como también se les llama inversores.
Un inversor es un dispositivo que convierte la magnitud y el tipo de corriente eléctrica. En las tiendas puede encontrar inversores de 12-220 o 24-220 voltios. En consecuencia, estos dispositivos convierten una constante de 12 o 24 voltios en 220 V CA con una frecuencia de 50 Hz. A continuación se muestra el diagrama del convertidor más simple basado en el controlador para el convertidor de medio puente IR2153.
Tal circuito produce una onda sinusoidal modificada en la salida. No es del todo adecuado para alimentar una carga inductiva, como motores y taladros. Pero si no es así, es muy posible utilizar un inversor tan simple.
Los convertidores de CC a CA con una salida de onda sinusoidal pura son mucho más caros y sus circuitos son mucho más complicados.
Importante! Cuando compre módulos de placa baratos con aliexpress, no cuente con un seno puro o una frecuencia de 50Hz. La mayoría de estos dispositivos producen corriente de alta frecuencia con un voltaje de 220V. Se puede utilizar para alimentar varios calentadores y lámparas incandescentes.
Revisamos brevemente los principios de producción de corriente alterna en el hogar y a escala industrial. La física de este proceso se conoce desde hace casi 200 años, sin embargo, Nikola Tesla fue el principal divulgador de este método de obtención de energía eléctrica a fines del siglo XIX - primera mitad del siglo XX.La mayoría de los equipos domésticos e industriales modernos se centran en el uso de CA nominal para el suministro de energía.
Finalmente, recomendamos ver un video que muestre claramente cómo funciona el alternador:
Seguramente no sabes:
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