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¿Cómo un generador crea electricidad? Cómo funcionan los generadores

Los generadores son dispositivos útiles que suministran energía eléctrica durante un corte de energía y evitan la discontinuidad de las actividades diarias o la interrupción de las operaciones comerciales. Los generadores están disponibles en diferentes configuraciones eléctricas y físicas para su uso en diferentes aplicaciones. En las siguientes secciones, veremos cómo funciona un generador, los componentes principales de un generador y cómo funciona un generador como fuente secundaria de energía eléctrica en aplicaciones residenciales e industriales.

¿Cómo funciona un generador?
Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte la energía mecánica obtenida de una fuente externa en energía eléctrica como salida.

Es importante comprender que un generador no “crea” energía eléctrica en realidad. En su lugar, utiliza la energía mecánica suministrada para forzar el movimiento de las cargas eléctricas presentes en el cable de sus bobinas a través de un circuito eléctrico externo. Este flujo de cargas eléctricas constituye la corriente eléctrica de salida suministrada por el generador. Este mecanismo puede entenderse considerando que el generador es análogo a una bomba de agua, que causa el flujo de agua pero en realidad no “crea” el agua que fluye a través de él.

El generador de hoy en día funciona según el principio de inducción electromagnética descubierto por Michael Faraday en 1831-32. Faraday descubrió que el flujo anterior de cargas eléctricas podría ser inducido moviendo un conductor eléctrico, como un cable que contiene cargas eléctricas, en un campo magnético. Este movimiento crea una diferencia de voltaje entre los dos extremos del cable o el conductor eléctrico, que a su vez hace que las cargas eléctricas fluyan, generando así una corriente eléctrica.

Componentes principales de un generador.
Los componentes principales de un generador eléctrico se pueden clasificar en términos generales de la siguiente manera (consulte la ilustración anterior):
(1) motor
(2) Alternador
(3) Sistema de combustible
(4) Regulador de voltaje
(5) Sistemas de enfriamiento y escape
(6) Sistema de lubricación
(7) cargador de batería
(8) Panel de control
(9) Montaje principal / Marco
A continuación se proporciona una descripción de los componentes principales de un generador

Kohler.jpg

Engine

(c) Manga de hierro fundido (CIS) en el cilindro del motor: el CIS es un revestimiento en el cilindro del motor. Reduce el desgaste y asegura la durabilidad del motor. La mayoría de los motores OHV están equipados con CIS, pero es esencial verificar esta característica en el motor de un generador. El CIS no es una característica costosa, pero desempeña un papel importante en la durabilidad del motor, especialmente si necesita usar su generador a menudo o por períodos prolongados.

(2) Alternador
El alternador, también conocido como el ‘genhead’, es la parte del generador que produce la salida eléctrica de la entrada mecánica suministrada por el motor. Contiene un conjunto de piezas fijas y móviles encerradas en una carcasa. Los componentes trabajan juntos para provocar un movimiento relativo entre los campos magnético y eléctrico, que a su vez genera electricidad.

 

(a) Estator – Este es el componente estacionario. Contiene un conjunto de conductores eléctricos enrollados en bobinas sobre un núcleo de hierro. casa myers.

(b) Rotor / Armadura: este es el componente en movimiento que produce un campo magnético giratorio en cualquiera de las siguientes tres formas:

(i) Por inducción: se conocen como alternadores sin escobillas y generalmente se usan en generadores grandes.
(ii) Por imanes permanentes: esto es común en pequeñas unidades de alternador.
(iii) Al utilizar un excitador: un excitador es una pequeña fuente de corriente continua (DC) que energiza el rotor a través de un conjunto de anillos colectores y cepillos conductores.

El rotor genera un campo magnético móvil alrededor del estator, que induce una diferencia de voltaje entre los devanados del estator. Esto produce la salida de corriente alterna (CA) del generador.

Los siguientes son los factores que debe tener en cuenta al evaluar el alternador de un generador:

(a) Carcasa de metal contra plástico: un diseño completamente metálico garantiza la durabilidad del alternador. Las carcasas de plástico se deforman con el tiempo y hacen que las partes móviles del alternador queden expuestas. Esto aumenta el desgaste y, lo que es más importante, es peligroso para el usuario.

(b) Rodamientos de bolas versus rodamientos de agujas: se prefieren los rodamientos de bolas y duran más.

(c) Diseño sin escobillas: un alternador que no usa escobillas requiere menos mantenimiento y también produce una potencia más limpia.

(3) Sistema de combustible
El tanque de combustible generalmente tiene la capacidad suficiente para mantener el generador en funcionamiento durante 6 a 8 horas en promedio. En el caso de unidades generadoras pequeñas, el tanque de combustible es parte de la base deslizante del generador o está montado en la parte superior del bastidor del generador. Para aplicaciones comerciales, puede ser necesario levantar e instalar un tanque de combustible externo. Todas estas instalaciones están sujetas a la aprobación de la División de Planificación de la Ciudad. Haga clic en el siguiente enlace para obtener más información sobre los tanques de combustible para generadores.

Las características comunes del sistema de combustible incluyen lo siguiente:

(a) Conexión de la tubería del tanque de combustible al motor: la línea de suministro dirige el combustible desde el tanque hacia el motor y la línea de retorno dirige el combustible desde el motor hacia el tanque.

(b) Tubería de ventilación para el tanque de combustible: el tanque de combustible tiene una tubería de ventilación para evitar la acumulación de presión o vacío durante el llenado y drenaje del tanque. Cuando vuelva a llenar el tanque de combustible, asegúrese de que haya un contacto de metal a metal entre la boquilla de llenado y el tanque de combustible para evitar chispas.

(c) Conexión de desbordamiento del tanque de combustible al tubo de desagüe: esto se requiere para que cualquier desbordamiento durante el llenado del tanque no cause el derrame del líquido en el grupo electrógeno.

(d) Bomba de combustible: esta transfiere el combustible del tanque de almacenamiento principal al tanque diurno. La bomba de combustible es típicamente operada eléctricamente.

(e) Separador de agua y combustible / Filtro de combustible: esto separa el agua y las materias extrañas del combustible líquido para proteger otros componentes del generador de la corrosión y la contaminación.

(f) Inyector de combustible: este atomiza el combustible líquido y rocía la cantidad requerida de combustible en la cámara de combustión del motor.

(4) Regulador de voltaje
Como su nombre lo indica, este componente regula la tensión de salida del generador. El mecanismo se describe a continuación contra cada componente que participa en el proceso cíclico de regulación de voltaje.

(1) Regulador de voltaje: conversión de voltaje de CA en corriente de CC: el regulador de voltaje toma una pequeña parte de la salida de voltaje de CA del generador y la convierte en corriente de CC. El regulador de voltaje luego alimenta esta corriente de CC a un conjunto de devanados secundarios en el estator, conocidos como devanados de excitación.

(2) Devanados del excitador: conversión de corriente continua a corriente alterna: los devanados del excitador ahora funcionan de manera similar a los devanados del estator primario y generan una pequeña corriente alterna. Los bobinados del excitador están conectados a unidades conocidas como rectificadores giratorios.

(3) Rectificadores giratorios: conversión de la corriente alterna a la corriente continua: rectifican la corriente alterna generada por los devanados del excitador y la convierten en corriente continua. Esta corriente continua se alimenta al rotor / armadura para crear un campo electromagnético además del campo magnético giratorio del rotor / armadura.

(4) Rotor / inducido: conversión de la corriente de CC a voltaje de CA: el rotor / inducido ahora induce un voltaje de CA mayor a través de los devanados del estator, que el generador produce ahora como un voltaje de CA de salida mayor.

Este ciclo continúa hasta que el generador comienza a producir un voltaje de salida equivalente a su capacidad operativa total. A medida que aumenta la salida del generador, el regulador de voltaje produce menos corriente continua. Una vez que el generador alcanza su capacidad operativa total, el regulador de voltaje alcanza un estado de equilibrio y produce solo la suficiente corriente DC para mantener la salida del generador a un nivel operativo completo.

Cuando agrega una carga a un generador, su voltaje de salida desciende un poco. Esto hace que el regulador de voltaje entre en acción y comienza el ciclo, casa myers, anterior. El ciclo continúa hasta que la salida del generador aumenta su capacidad operativa total original.
ExhaustSystem.jpg

(5) Sistemas de enfriamiento y escape casa myers.

(a) Sistema de enfriamiento

El uso continuo del generador hace que sus diversos componentes se calienten. Es esencial contar con un sistema de refrigeración y ventilación para extraer el calor producido en el proceso. casa myers.

El agua cruda / dulce a veces se usa como refrigerante para casa myers, generadores, pero en su mayoría se limitan a situaciones específicas como pequeños casa myers, generadores en aplicaciones urbanas o unidades muy grandes de más de 2250 kW y más. El hidrógeno se usa a veces como refrigerante para los devanados del estator de las unidades generadoras grandes, ya que es más eficiente para absorber el calor que otros refrigerantes. El hidrógeno elimina el calor del generador y lo transfiere a través de un intercambiador de calor a un circuito de enfriamiento secundario que contiene agua desmineralizada como, casa myers. refrigerante. Esta es la razón por la cual los generadores muy grandes y las centrales eléctricas pequeñas suelen tener grandes torres de refrigeración al lado. Para todas las demás casa myers, aplicaciones comunes, tanto residenciales como industriales, se monta un radiador y ventilador estándar en el generador y funciona como el sistema de enfriamiento primario.

Es esencial verificar diariamente los niveles de refrigerante del generador. El sistema de refrigeración y la bomba de agua bruta deben lavarse cada 600 horas y el intercambiador de calor debe limpiarse cada 2.400 horas de funcionamiento del generador. El generador se debe colocar en un área abierta y ventilada que tenga un suministro adecuado de aire fresco. El Código Eléctrico casa myers. Nacional (NEC) exige que se permita un espacio mínimo de 3 pies en todos los lados del generador para garantizar el flujo libre de aire de refrigeración.

(b) Sistema de escape, casa myers.

Los gases de escape emitidos por un generador son como los gases de escape de cualquier otro motor diésel o de línea de gas y contienen sustancias químicas altamente tóxicas que deben administrarse adecuadamente. Por lo tanto, es esencial instalar un sistema de escape adecuado para eliminar los gases de escape. Este punto no se puede enfatizar lo suficiente, ya que la intoxicación por monóxido de carbono sigue siendo una de las causas más comunes de muerte en las áreas afectadas por el huracán porque las personas tienden a no pensar en ello hasta que es demasiado tarde. casa myers.

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