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EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables Clase 3: PRINCIPIOS GENERADORES EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 AGENDA •Repaso •Flujo Magnético •Ley de Faraday-Lenz •Principio del generador EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 DEFINICION GENERADOR ENERGÍA MECÁNICA, Quimica, etc. ENERGÍA ELÉCTRICA En un generador, la variación en el tiempo de la geometría de un circuito magnético (energía mecánica) produce una variación en el tiempo del flujo magnético que induce voltajes en los circuitos eléctricos que lo enlazan (energía eléctrica). EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Flujo magnético B0 n̂ Area S Flujo del campo magnético a través de área S ds ds nˆ B0 ds Tesla m S EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 2 Flujo magnético en un circuito B0 Area S n̂ ds ds nˆ Circuito de resistencia R Flujo del campo magnético a través del circuito B0 ds S EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz B B(t ) Se encuentra experimentalmente que si entonces aparece una corriente I dada por la relación 1 I t R B (t ) Area S n̂ ds ds nˆ I donde B(t ) ds S B (t ) EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables Este campo incluye el efecto de la corriente I - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz Recordemos que para un circuito resistivo se cumple = RI B(t ) RI RI t I I Circuito de resistencia R -+ Fem del circuito Un campo magnético variable genera o induce un FEM dada por la expresión t EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables LEY DE FARADAYLENZ - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz Un campo magnético variable genera o induce un FEM B(t ) n̂ con I=0 -+ t B(t ) ds S Ojo con el sentido de la fem Notar que si el flujo es variable en el tiempo la fem se induce independiente de la corriente I EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz Un campo magnético variable genera o induce un FEM B(t ) n̂ Circuito describe trayectoria (c) Recordemos que la definición de fem es E dl t con B(t ) ds S RI I R (c ) EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz Un campo magnético variable genera o induce un FEM B(t ) La FEM inducida “aparece” en el circuito con campo variable B(t ) ds t n̂ R - + S R2 R I I R2 R EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables I R2 - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz B(t ) n̂ t B(t ) ds con S I Si I (t) n̂ 0 0 t B + - crece EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables Corriente genera campo opuesto al crecimiento - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 B(t ) Ley de Faraday-Lenz n̂ t con B(t ) ds S I Si I (t) n̂ 0 0 t B -+ decrece EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables Corriente genera campo opuesto al decrecimiento - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ley de Faraday-Lenz Un flujo magnético variable genera o induce un FEM B(t ) n̂ t B(t ) ds S (t ) I Notar que un flujo variable en el tiempo se puede lograr de dos formas: Con un campo variable B(t) Con una superficie variable S(t) EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ejemplo 1 Flujo variable producido por un campo variable B(t) t / ˆ B(t ) B0e k Si a B ds -+ S (t ) B0e t / a k̂ 2 t EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables a B0 t / (t ) e 2 - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Ejemplo 2 Area variable en el tiempo produce B(t) Si B(t ) B0 kˆ B ds k̂ S (t ) B0 A cos Plano gira a velocidad n̂ a -+ t 0 t EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables (t ) AB0 sin(t 0 ) - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Principio del generador Z, k̂ B n̂ 3 4 2 X, iˆ B ds B S (t ) Y, (iˆ) Ley de FaradayLenz 1 ĵ BA sin t 0 BA sin( t 0 ) B cos(t 0 ) t EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Principio del generador de corriente alterna Z, k̂ n̂ 3 4 B 2 S (t ) Y, 1 X, iˆ B ds (iˆ) B sin ĵ B cos(t 0 ) t 1 2 f T f T t EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR SÍNCRONICO e(t) E max = t N 2 t e(t) S -E max En un generador monofásico, de rotor de imán permanente que gira a velocidad , la tensión generada en el estator, debida al flujo enlazado, es: e t k·B··sen t Emax sen t con k constante de diseño. EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR SÍNCRONICO t Estator Embobinado Rotor fase B + Escobillas +- fase A + + Embobinado Estator Anillos Deslizantes EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables fase C Fuente:PowerLearn - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Sistema Trifásico Equilibrado va t Vmax cost vc t Vmax cos t 120o vb t Vmax cos t 120o EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Sistemas de Corriente Alterna, Términos y Modelos Generación en sistemas trifásicos - 3 tensiones de igual magnitud desfasadas en 120o - Carga simétrica --> tres corrientes de igual magnitud y desfasadas en 120 vb t Vmax cos t 120o va t Vmax cost vc t Vmax cos t 120o o j Va Vb Ib Ia 0 Vc 10 Vc Ic 20 Ic 120o t / ms Va Ib Ia Vb EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 i Principio del generador de Corriente Continua r ) n Delgas N S E Escobillas o Colector Plano de la Bobina Valor medio no nulo T EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables t 1 2 f T f - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011 Generador de Corriente Continua r ) n Delgas N S E Escobillas o Colector Plano de la Bobina VAB Colector t B Escobillas A EL 6000 Generación de Energía Eléctrica con Fuentes Renovables Colector real - Prof. Luis Vargas - Otoño 2011
