Obtención de corriente alterna: métodos y definiciones básicas

La corriente alterna es actualmente la única forma de transmitir electricidad a distancias a bajo precio. Supera la corriente continua en varios parámetros, incluida la facilidad de transformación. En este artículo te diremos cómo conseguir corriente eléctrica alterna en la vida diaria y en el trabajo.

Inducción electromagnética y ley de Faraday

Michael Faraday en 1831 descubrió un patrón que luego recibió su nombre: Ley de Faraday. En sus experimentos, utilizó 2 instalaciones. El primero consistió en un núcleo de metal con dos conductores en espiral y desconectados. Cuando conectó uno de ellos a una fuente de alimentación, la flecha del galvanómetro conectado al segundo conductor se movió. Así fue como se demostró la influencia de un campo magnético en el movimiento de partículas cargadas en un conductor.

La segunda configuración es el disco de Faraday. Es un disco metálico al que se conectan dos conductores deslizantes, que a su vez se conectan a un galvanómetro. El disco gira cerca del imán y, al girar en el galvanómetro, la flecha también se desvía.

Entonces, la conclusión de estos experimentos fue una fórmula que conecta el paso de un conductor a través de las líneas de fuerza del campo magnético.

Aquí: E es el EMF de inducción, N es el número de vueltas del conductor, que se mueve en un campo magnético, dF / dt es la tasa de cambio del flujo magnético en relación con el conductor.

En la práctica, también utilizan una fórmula que se puede utilizar para determinar la EMF a través de la magnitud de la inducción magnética.

e = B * l * v * sinα

Si recordamos la fórmula que conecta el flujo magnético y la inducción magnética, entonces podemos asumir cómo se derivó la fórmula anterior.

Ф = B * S * cosα

Así nació la generación actual. Pero hablemos de cómo conseguir corriente alterna está más cerca de la práctica.

Métodos para obtener corriente alterna.

Digamos que tenemos un marco hecho de un material conductor. Pongámoslo en un campo magnético. De acuerdo con la fórmula mencionada anteriormente, si el marco comienza a girar, una corriente eléctrica fluirá a través de él. Con rotación uniforme en los extremos de este marco, se obtendrá una corriente alterna sinusoidal.

Esto se debe al hecho de que, dependiendo de la posición a lo largo del eje de rotación, el marco es atravesado por un número diferente de líneas de fuerza. En consecuencia, el valor de EMF no se induce de manera uniforme, sino de acuerdo con la posición del marco, así como el signo de este valor. ¿Qué ves en el gráfico de arriba? Cuando el marco gira en un campo magnético, tanto la frecuencia de la corriente alterna como el valor de la EMF en los terminales del marco dependen de la velocidad de rotación. Para lograr un cierto valor de EMF a una frecuencia fija, se realizan más vueltas. Por lo tanto, resulta no un marco, sino una bobina.

Puede obtener corriente alterna a escala industrial de la misma manera que se describe anteriormente. En la práctica, las centrales eléctricas con alternadores se utilizan ampliamente. Esto utiliza generadores síncronos. Ya que de esta manera es más fácil controlar tanto la frecuencia como la magnitud de la EMF AC, y pueden soportar sobrecargas de corriente a corto plazo muchas veces.

Según el número de fases, los generadores trifásicos se utilizan en centrales eléctricas. Esta es una solución de compromiso relacionada con la viabilidad económica y los requisitos técnicos de crear un campo magnético para el funcionamiento de motores eléctricos, que constituyen la mayor parte de todos los equipos eléctricos en 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 una corriente alterna con una frecuencia industrial de 50 Hz, se necesita un generador con 2 polos, para 1500 rpm, con 4 polos, y así sucesivamente. En las imágenes a continuación, puede ver un dispositivo generador de tipo síncrono.

Hay bobinas o un devanado de campo en el rotor, la corriente se le suministra desde el generador-excitador (Generador de CC - GPT) o desde el excitador semiconductor a través del aparato de cepillo. Las escobillas están ubicadas en los anillos, a diferencia de las máquinas colectoras, como resultado de lo cual el campo magnético de los devanados la excitación no cambia de dirección ni de signo, sino que cambia de magnitud, al regular la corriente patógeno. Por lo tanto, las condiciones óptimas se seleccionan automáticamente para mantener el modo de funcionamiento del alternador.

Entonces, fue posible obtener corriente alterna a escala industrial mediante un método basado en los fenómenos de inducción electromagnética, es decir, con la ayuda de generadores trifásicos. En la vida cotidiana, se utilizan generadores monofásicos y trifásicos. Se recomienda comprar estos últimos para trabajos de construcción. El hecho es que una gran cantidad de herramientas eléctricas y máquinas herramienta pueden funcionar en tres fases. Estos son motores eléctricos de varias hormigoneras, sierras circulares y potentes máquinas de soldar que también funcionan con una red trifásica. Además, los generadores síncronos son adecuados para tales tareas, los generadores asíncronos no son adecuados, debido a su bajo rendimiento con dispositivos que tienen grandes corrientes de arranque. Las plantas de energía doméstica asíncronas son más adecuadas para el suministro de energía de respaldo de casas privadas y cabañas de verano.

Convertidores electronicos

Sin embargo, no siempre es racional o conveniente utilizar centrales eléctricas domésticas de gasolina o diésel. Hay una salida: obtener una corriente eléctrica alterna monofásica o trifásica de forma directa. Para hacer esto, use convertidores o, como también se les llama, inversores.

Un inversor es un dispositivo que convierte la cantidad y el tipo de corriente eléctrica. En las tiendas puedes encontrar inversores de 12-220 o 24-220 Voltios. En consecuencia, estos dispositivos se convierten a 12 o 24 voltios constantes en corriente alterna de 220 V con una frecuencia de 50 Hz. A continuación se muestra un diagrama del convertidor similar más simple basado en el controlador del convertidor de medio puente IR2153.

Tal circuito produce una onda sinusoidal modificada en la salida. No es del todo adecuado para alimentar cargas inductivas como motores y taladros. Pero si no de forma continua, entonces es muy posible utilizar un inversor tan simple.

Los convertidores de CC a CA con una salida sinusoidal pura son significativamente más costosos y sus circuitos son mucho más complejos.

¡Importante! Al comprar módulos de placa baratos de aliexpress, no confíe ni en la frecuencia sinusoidal pura ni en la frecuencia de 50Hz. La mayoría de estos dispositivos proporcionan corriente de alta frecuencia con un voltaje de 220V. Se puede utilizar para alimentar una variedad de calentadores y lámparas incandescentes.

Hemos comentado brevemente los principios de la obtención 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 para obtener energía eléctrica a finales del siglo XIX y primera mitad del siglo XX. La mayoría de los equipos domésticos e industriales modernos se centran en el uso de corriente alterna con nombre para el suministro de energía.

Finalmente, recomendamos ver un video que muestra claramente cómo funciona el alternador:

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