La macchina elettrica può essere definita come un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica o l'energia meccanica in energia elettrica. Un generatore elettrico può essere definita come una macchina elettrica che converte l'energia meccanica in energia elettrica. Un generatore elettrico è costituito tipicamente da due parti di statore e rotore. Esistono vari tipi di generatori elettrici come generatori di corrente continua, generatori di corrente alternata, generatori veicolari, generatori elettrici alimentati dall'uomo e così via. In questo articolo, discutiamo del principio di funzionamento del generatore sincrono.
Generatore sincrono
Le parti rotanti e fisse di una macchina elettrica possono essere chiamate rispettivamente rotore e statore. Il rotore o lo statore delle macchine elettriche funge da componente di produzione di energia e viene chiamato come un'armatura. Gli elettromagneti o magneti permanenti montati sullo statore o sul rotore vengono utilizzati per fornire campo magnetico di una macchina elettrica. Il generatore in cui viene utilizzato il magnete permanente al posto della bobina per fornire il campo di eccitazione è definito generatore sincrono a magneti permanenti o anche semplicemente chiamato generatore sincrono.
Costruzione del generatore sincrono
In generale, il generatore sincrono è costituito da due parti rotore e statore. La parte del rotore è costituita da poli di campo e la parte dello statore è costituita da conduttori di armatura. La rotazione dei poli di campo in presenza di conduttori di armatura induce una tensione alternata che si traduce nella generazione di energia elettrica.
Costruzione del generatore sincrono
La velocità dei poli di campo è velocità sincrona ed è data da
Dove 'f' indica la frequenza della corrente alternata e 'P' indica il numero di poli.
Principio di funzionamento del generatore sincrono
Il principio di funzionamento del generatore sincrono è l'induzione elettromagnetica. Se esce un movimento relativo tra il flusso e i conduttori, viene indotta un'emf nei conduttori. Per comprendere il principio di funzionamento del generatore sincrono, consideriamo due poli magnetici opposti tra di loro una bobina o una spira rettangolare è posizionata come mostrato nella figura sotto.
Conduttore rettangolare posto tra due poli magnetici opposti
Se la rotazione rettangolare ruota in senso orario contro l'asse a-b come mostrato nella figura sottostante, dopo aver completato la rotazione di 90 gradi, i lati del conduttore AB e CD si trovano rispettivamente davanti al polo S e al polo N. Quindi, ora possiamo dire che il movimento tangenziale del conduttore è perpendicolare alle linee di flusso magnetico dal polo nord al polo sud.
Direzione di rotazione del conduttore perpendicolare al flusso magnetico
Quindi, qui la velocità di taglio del flusso da parte del conduttore è massima e induce corrente nel conduttore, la direzione della corrente indotta può essere determinata usando Regola della mano destra di Fleming . Quindi, possiamo dire che la corrente passerà da A a B e da C a D. Se il conduttore viene ruotato in senso orario per altri 90 gradi, arriverà in posizione verticale come mostrato nella figura sotto.
Direzione di rotazione del conduttore parallela al flusso magnetico
Ora, la posizione del conduttore e le linee del flusso magnetico sono parallele tra loro e quindi, nessun flusso si interrompe e nessuna corrente sarà indotta nel conduttore. Quindi, mentre il conduttore ruota da in senso orario per altri 90 gradi, la rotazione rettangolare arriva a una posizione orizzontale come mostrato nella figura sotto. In modo tale che i conduttori AB e CD siano rispettivamente sotto il polo N e il polo S. Applicando la regola della mano destra di Fleming, la corrente induce nel conduttore AB dal punto B ad A e la corrente induce in un conduttore CD dal punto D a C.
Quindi, la direzione della corrente può essere indicata come A - D - C - B e la direzione della corrente per la precedente posizione orizzontale della svolta rettangolare è A - B - C - D. Se la svolta viene nuovamente ruotata verso la posizione verticale, allora il la corrente indotta si riduce nuovamente a zero. Pertanto, per un giro completo di giro rettangolare, la corrente nel conduttore raggiunge il massimo e si riduce a zero e poi nella direzione opposta raggiunge il massimo e di nuovo raggiunge lo zero. Quindi, un giro completo di giro rettangolare produce un'onda sinusoidale completa di corrente indotta nel conduttore che può essere definita come la generazione di corrente alternata ruotando una svolta all'interno di un campo magnetico.
Ora, se consideriamo un generatore sincrono pratico, i magneti di campo ruotano tra i conduttori di armatura stazionari. Il rotore del generatore sincrono e l'albero o le pale della turbina sono accoppiati meccanicamente tra loro e ruotano a velocità sincrona. Quindi, il flusso magnetico il taglio produce una fem indotta che provoca il flusso di corrente nei conduttori di armatura. Pertanto, per ogni avvolgimento la corrente scorre in una direzione per il primo semiciclo e la corrente scorre nell'altra direzione per il secondo semiciclo con un ritardo di 120 gradi (poiché si spostano di 120 gradi). Quindi, la potenza di uscita del generatore sincrono può essere mostrata come nella figura sottostante.
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