Un generador elèctric és un dispositiu dissenyat per produir electricitat a partir d'un altre tipus d'energia. El més comú és el que transforma l'energia mecànica en energia elèctrica. De vegades també rep el nom de grup electrogen.
Un generador elèctric és un instrument que transforma l'energia mecànica en energia elèctrica, el principi operatiu es basa en el fenomen de la inducció electromagnètica.
Michael Faraday va idear el primer generador electromagnètic: el disc de Faraday. El disc de Faraday va demostrar que es podia generar electricitat usant magnetisme. La Llei de Faraday estableix que el voltatge induït en un circuit és directament proporcional a l'canvi del flux magnètic en un conductor o espira.
Com funciona un generador elèctric?
Els generadors elèctrics utilitzats en les plantes per a la producció d'electricitat són bastant complexos, però el seu principi de funcionament és molt simple:
Esquemàticament consisteixen en un o més debanaments de filferro conductor (bobines). A aquestes bobines se'ls subministra energia mecànica per fer-rotar dins d'un intens camp magnètic.
L'energia mecànica pot ser subministrada per una turbina. La bobina, lliure de girar, es diu rotor, mentre que l'imam fix es diu estator. Hi ha tres tipus de turbines:
-
La turbina hidràulica, utilitzada en les plantes hidroelèctriques.
-
La turbina de vapor, utilitzada en plantes termosolars, centrals nuclears, i centrals de carbó, per exemple.
-
La turbina de gas, utilitzada en les centrals de cicle combinat.
En algunes centrals hidroelèctriques el generador pot funcionar en sentit invers. D'aquesta manera funciona com una bomba d'aigua. Aquesta funcionalitat és útil quan hi ha un excedent d'energia.
Similitud amb un motor elèctric
El que succeeix en un generador de corrent elèctric és exactament el contrari del que succeeix en un motor elèctric.
En un motor elèctric la força exercida per l'imam al circuit cobert per corrent es tradueix en un parell de forces. Aquest parell de forces imparteixen un moviment giratori a l'rotor.
En el cas del enerador elèctric no flueix corrent cap al circuit. Se li imparteix una rotació a través d'alguna forma d'energia mecànica.
Per comprendre el sistema operatiu, imagini que tenim una bobina simple que consisteix en una bobina quadrada. El moviment giratori del ucle en relació amb el camp genera el fenomen de la inducció electromagnètica, és a dir, genera un corrent en el bucle.
La intensitat del corrent, com la intensitat de la fem induïda, serà proporcional a el flux de camp magnètic:
-
Quan el bucle és perpendicular a el camp magnètic, la intensitat del corrent induït serà màxima;
-
El corrent induït disminueix a mesura que la bobina giri cap a posicions més obliqües que les línies de força de camp magnètic. Quan la bobina estigui paral·lela a el camp el flux de camp pel que fa a la bobina és zero.
A l'continuar girant el bucle, la direcció del corrent s'inverteix. La intensitat de corrent augmenta a mesura que el bucle torna a oferir una major superfície de les línies de força de camp. Fins que arriba a un nou valor màxim. Aquest màxim és el mateix que l'anterior però amb un signe oposat, que segueix disminuint a mesura que continua la rotació del ucle.
El corrent produïda per un generador d'aquest tipus, per tant, no té una intensitat constant. No obstant això, segueix una tendència sinusoïdal: un corrent d'aquest tipus s'anomena corrent altern.
En general, les bobines d'un alternador estan connectades entre si per formar tres generadors de corrent altern desfasats entre si. Es diu que l'alternador produeix un corrent trifàsica, que és la que se subministra a les nostres llars.
El transformador és un instrument capaç de transformar un corrent altern amb un determinat voltatge efectiu a un altre voltatge diferent. La transformació succeeix amb petites pèrdues d'energia.
Tipus de generadors elèctrics
Si volem comprar un generador elèctric, primer hem de conèixer quins tipus hi ha i quines característiques tenen:
Generador d'energia portàtil o estacionari
Els generadors estacionaris generalment es col·loquen en sales especials. S'utilitzen de manera regular o es mantenen llestos en qualsevol moment per començar a funcionar. De vegades funcionen de manera autònoma en cas d'un tall d'energia.
Els portàtils van des dels generadors d'oci més petits i lleugers fins als generadors gegants muntats en camions.
Tipus de motor
Els generadors també estan catalogats d'acord amb el combustible que utilitzen i, per tant, segons el tipus de motor que els equipaments:
-
Generador de 2 temps
-
Generador de gasolina de 4 temps
-
generador electric dièsel
El generador elèctric de gasolina és més popular que el generador dièsel.
El generador de 2 temps és el més petit i compacte. És el que té el motor més senzill.
El de 4 temps només funciona amb gasolina. A més produeix menys emissions de gasos d'efecte hivernacle. També té més talls de potència: la potència augmenta amb el rang disponible de models de 4 temps i fins i tot més amb els generadors dièsel.
En el sector de 4 temps també hi ha aquells que funcionen amb gas (GLP, butà, propà) que emeten menys gasos.
Generador d'energia de l'inversor
Una altra diferència important entre els diversos generadors és l'electrònica de control que tenen a bord. Els models més simples proporcionen 12V en corrent contínua i 220 V en corrent altern.
No obstant això, el corrent subministrada pateix fortes fluctuacions en les emissions en funció de quin és l'absorció instantània de la càrrega aplicada.
Els inversors de corrent són capaços de subministrar un corrent molt estable i regular.
Tensió de sortida
Depenent de les necessitats, hi ha la possibilitat de tenir generadors de corrent monofàsics (sortida de 230V) o trifàsics (400 V).
No obstant això, cal tenir en compte que també hi ha un generador de corrent continu o de 12V. Aquest generador generalment es combina amb el subministrament comú de 230V en corrent altern.
Generador de corrent d'arrencada elèctrica
La majoria dels UPS portàtils comencen amb un sistema d'extracció manual. D'altres han integrat un motor d'arrencada i una bateria per operar-ho. Òbviament, això implica un augment en el pes i les dimensions de tot el dispositiu, però té avantatges innegables si són necessaris arrencades freqüents.
A més, una evolució dels models amb motor d'arrencada són aquells que tenen arrencada automàtica. Aquesta evolució es deu a una secció electrònica per al control i la interfície amb la xarxa elèctrica de la casa. Per exemple quan no hi ha energia; el sistema detecta la caiguda de voltatge i inicia automàticament el generador, mantenint la casa sota càrrega elèctrica.
Generador d'energia silenciat
Una categoria final és la de generadors dissenyats per emetre el menor soroll possible.
Es busca el generador d'energia silenciós quan està dissenyat per treballar en les àrees on les persones es queden i / o treballen.
La màquina està equipada amb sistemes d'insonorització i reducció de les vibracions emeses. La reducció de soroll percebut és notable. A l'acostar-se a la compra d'un d'aquests generadors, s'ha de verificar el nivell de soroll en decibels expressat en el manual tècnic.
Generadors que no s'alimenten d'energia mecànica
Hi ha diversos generadors elèctrics que la font d'entrada no és energia mecànica.
Entre aquest tipus de generadors trobem:
generadors fotovoltaics
Els generadors fotovoltaics utilitzen panells solars fotovoltaics. Cada panell solar està compost per una disposició de cèl·lules fotovoltaiques. Les cèl·lules fotovoltaiques són les encarregades de generar electricitat gràcies a l'efecte fotovoltaic.
generadors electroquímics
Quan el flux d'electrons es produeix per una reacció d'oxidació - reducció, hi ha un generador electroquímic. Els més comuns són les bateries i les piles de combustible.
Generadors de radioisòtops
La generació en el generador termoelèctric de radioisòtops es basa en la descomposició d'isòtops radioactius. La descomposició radioactiva produeix emissió de partícules i calor. La producció d'electricitat es pot obtenir directament del esplaçament de partícules carregades elèctricament, o indirectament de la calor produïda.
Generadors tèrmics diferencials
La producció d'electricitat s'obté d'una diferència de temperatura per l'efecte Seebeck. Aquest sistema pot funcionar amb qualsevol gradient tèrmic.