Connexions elèctriques

Generador elèctric

Generador elèctric

El generador elèctric és un element imprescindible en les centrals nuclears de potència. L'objectiu de les centrals nucelares és convertir l'energia nuclear de les reaccions de fissió nuclear en energia elèctrica. La funció del generador elèctric és convertir l'energia mecànica d'una procedent d'una turbina de vapor en electricitat.

Què és un generador elèctric?

Un generador elèctric és una màquina capaç de transformar algun tipus d'energia, que pot ser energia química, energia mecànica o lluminosa, en energia elèctrica. Les fonts d'energia mecànica inclouen turbines de vapor, turbines de gas, turbines d'aigua, motors de combustió interna i fins i tot manetes.

Un generador elèctric és tot aquell dispositiu capaç de mantenir una diferència de potencial elèctric (voltatge) entre dos punts, anomenats pols o borns. Els generadors elèctrics són màquines elèctriques destinades a transformar l'energia mecànica en energia elèctrica.

En la generació d'electricitat, un generador és un dispositiu que converteix la potència motriu (energia mecànica) en energia elèctrica per al seu ús en un circuit extern. El primer generador electromagnètic, el disc de Faraday, va ser inventat en 1831 pel científic britànic Michael Faraday. Els generadors proporcionen gairebé tota l'energia per a les xarxes elèctriques.

Funcionament d'un generador elèctric

El funcionament d'un generador elèctric és similar al d'un motor elèctric funcionant al revés.

Aquesta transformació s'aconsegueix per l'acció d'un camp magnètic sobre els conductors elèctrics disposats en bobines sobre una armadura de xapes. Si mecànicament es produeix un moviment relatiu entre els conductors i el camp, es genera una força electromotriu, tal com va descobrir el físic Michael Faraday.

La conversió inversa d'energia elèctrica en energia mecànica es realitza mitjançant un motor elèctric. Per aquest motiu, els motors elécricos i els generadors elèctrics tenen moltes similituds. Molts motors elèctrics poden ser accionats mecànicament per generar electricitat i freqüentment fan generadors manuals acceptables.

Modelatge d'un generador elèctric

Un generador real pot ser modelat de dues maneres diferents:

  • Un generador de voltatge ideal amb resistència en sèrie.
  • Un generador ideal de corrent amb una resistència connectada en paral·lel.

Generador de voltatge ideal

El generador de voltatge ideal és un model teòric. És un dipol capaç d'imposar una tensió constant independentment de la càrrega connectada als seus terminals. També se l'anomena font de voltatge.

En un circuit obert, el voltatge que hi ha en els seus terminals quan no es subministra corrent és el voltatge sense càrrega. Per tant, el generador de voltatge és un dipol virtual el voltatge en els seus terminals és sempre igual al voltatge sense càrrega, independentment del valor de la sortida de corrent.

El generador de voltatge només pot ser un model teòric perquè, a causa d'un curtcircuit, ha de lliurar un corrent infinita i, per tant, proporcionar una potència també infinita que és inabastable.

Generador de corrent ideal

Per al generador de corrent ideal, el corrent produïda és constant, sigui quin sigui el voltatge requerit i la càrrega que s'ha de subministrar.

També és un model teòric perquè l'obertura d'un circuit que comprèn un generador de corrent no nul hauria de proporcionar una potència infinita.

Els generadors reals es poden modelar simplement mitjançant la combinació d'un generador de corrent ideal i una resistència connectada en paral·lel. Tal model es diu el model de Norton.

Un dipol inductiu és un generador de corrent transitòria que s'oposa a qualsevol variació en la intensitat del corrent que flueix a través d'ell. Quan s'obre un circuit que comprèn un dipol inductiu travessat per un corrent no nul, pot aparèixer un alt voltatge que pot generar un arc elèctric en l'interruptor.

Generació elèctrica ideal

En l'estudi teòric dels fenòmens i circuits elèctrics, els generadors són generalment considerats com a ideals. Un generador ideal pot produir qualsevol voltatge i corrent sense cap límit i està lliure de resistència interna. El valor del corrent o voltatge generat és independent de la càrrega aplicada.

En realitat, no hi ha generadors ideals, ja que qualsevol dispositiu té la seva resistència interna intrínseca, a més és capaç de generar voltatge i corrent només dins de certs límits.

Un generador de voltatge real es pot representar com un generador de voltatge ideal amb resistència interna serialitzada, mentre que el generador de corrent real es pot representar com un generador de corrent ideal en paral·lel amb la resistència interna.

En teoria, si s'obre un circuit que comprèn un generador de corrent ideal, la tensió de sortida hauria d'augmentar fins a l'infinit. No obstant això, en els generadors reals hi ha un valor límit de voltatge per sobre del qual el corrent es col·lapsa a zero. Des del punt de vista teòric, en la representació teòrica del generador real, la sortida de corrent del generador ideal es tanca en la resistència interna.

Els generadors elèctrics i l'energia nuclear

Els generadors elèctrics són de vital importància en les centrals nuclears.

Una vegada que la central nuclear ha començat a fer girar la turbina, el generador elèctric és l'encarregat de convertir l'energia mecànica de la turbina en energia elèctrica.

Generador termoelèctric per radioisòtops

Un generador termoelèctric de radioisòtops és un generador elèctric simple. Aquest tipus de generador obté l'energia de l'energia alliberada per la desintegració radioactiva de determinats elements. En un generador termoelèctric, l'energia tèrmica alliberada per la desintegració d'un material radioactiu es converteix en electricitat directament.

Aquesta conversió es deu a l'ús d'una sèrie de termoparells, que converteixen la calor en energia elèctrica gràcies a l'efecte Seebeck en l'anomenat Generador Termoelèctric de Calor (o HTG en anglès).

Els generadors termoelèctrics pro radioisòtops es poden considerar un tipus de bateria que permeten subministrar energia elèctrica. S'han usat en satèl·lits, sondes espacials no tripulades i instal·lacions remotes que no disposen d'un altre tipus de font elèctrica o de calor.

Els RTG són els dispositius més adequats en situacions on no hi ha presència humana i es necessiten potències de diversos centenars de watts durant llargs períodes de temps, situacions en les que els generadors convencionals com les piles de combustible o les bateries no són viables econòmicament i on no poden usar-se cèl·lules fotovoltaiques que permetin aprofitar l'energia solar.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 19 de març de 2017

Tornar