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¿Qué es una máquina de dinamo? Los primeros generadores DC
Las dinamos del siglo anterior comenzaron a llamarse generadores de corriente continua, los primeros generadores industriales que luego fueron reemplazados por generadores de corriente alterna adecuados para la conversión por transformadores, y extremadamente convenientes para la transmisión a larga distancia con poca pérdida.
Hoy, la palabra "dinamo", por regla general, significa pequeños generadores de bicicleta (para faros) o generadores de mano (para linternas turísticas). En cuanto a los generadores industriales, hoy todo esto es generadores de corriente alterna. Sin embargo, recordemos cómo se desarrollaron y mejoraron las primeras dinamos.
El primer modelo de un generador de corriente continua, o dínamo unipolar, fue propuesto en 1832 por Michael Faraday, cuando solo descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética. Era el llamado "disco de Faraday", el generador de CC más simple. Un imán en forma de herradura sirvió como estator en él, y un disco de cobre girado manualmente sirvió como rotor, cuyo eje y borde estaban en contacto con los cepillos del colector.
Cuando se giró el disco, en la parte del disco que cruzó el flujo magnético entre los polos del imán del estator, se indujo un EMF que, si el circuito entre los cepillos se acortaba a una carga, causaba que apareciera una corriente radial en el disco. Hasta el día de hoy, tales generadores unipolares se utilizan donde se requieren grandes corrientes directas sin rectificación.
El francés Ippolit Pixie construyó el alternador por primera vez, sucedió en el mismo 1832. El estator de la máquina de dinamo contenía un par de bobinas conectadas en serie, el rotor era un imán permanente en forma de herradura, además, el diseño tenía un conmutador de escobillas.
El imán rotó, cruzó el núcleo de las bobinas con un flujo magnético, indujo una fem armónica en ellas. Y el interruptor automático se utilizó para rectificar y obtener una corriente pulsante constante en la carga.
Más tarde, en 1842, Jacobi propondrá colocar imanes en el estator y el devanado en el rotor, que también rotaría a través de la caja de cambios. Esto hará que el generador sea más compacto.
En 1856, para suministrar lámparas de arco en serie Frederick Holmes (estas lámparas se usaron en reflectores de faros), el propio Frederick Holmes propuso un diseño de generador similar al generador Jacobi, pero complementado por un regulador centrífugo Watt para mantener constante el voltaje de la lámpara a diferentes corrientes de carga, lo que se logró cambiando automáticamente los cepillos.
El estator contenía 50 imanes, y el diseño generalmente pesaba 4 toneladas y desarrollaba una potencia de poco más de 7 kW. Alrededor de 100 de estos generadores fueron producidos bajo la marca Alliance.
Mientras tanto, las máquinas con imanes permanentes diferían en un inconveniente significativo: los imanes perdieron su magnetización con el tiempo y se deterioraron por la vibración, como resultado, el voltaje generado por la máquina disminuyó y disminuyó con el tiempo. En este caso, la magnetización no se pudo controlar para estabilizar el voltaje.
Como solución, surgió la idea de la excitación electromagnética. La idea vino a la mente del inventor inglés Henry Wilde, quien en 1864 patentó un generador con un excitador de imán permanente: el imán de excitación simplemente se montó en el eje del generador.
Más tarde, el ingeniero alemán Werner Siemens hará una verdadera revolución en los generadores, que descubrirá el verdadero principio dinamoeléctrico y pondrá en marcha la producción de nuevos generadores de CC.
El principio de la autoexcitación es utilizar la magnetización residual del núcleo del rotor para iniciar la excitación, y luego, cuando el generador esté excitado, use la corriente de carga como la corriente de magnetización, o encienda un devanado de excitación especial alimentado por la corriente generada paralela a la carga. Como resultado, la retroalimentación positiva aumentará el flujo magnético de la excitación generada por la corriente.
Entre los primeros, el principio de autoexcitación, o principio dinamoeléctrico, señaló el ingeniero de Dinamarca Soren Hiort. Mencionará en su patente de 1854 la posibilidad de utilizar la magnetización residual para implementar el fenómeno de la inducción electromagnética para obtener generación, sin embargo, temiendo que el flujo magnético residual sea insuficiente, Hiort propondrá complementar el diseño de la dinamo con imanes permanentes. Este generador nunca será implementado.
Más tarde, en 1856, Anies Jedlik, miembro de la Academia de Ciencias de Hungría, expresará una idea similar, pero no patentará nada. Solo 10 años después, Samuel Varley, estudiante de Faraday, se da cuenta en la práctica del principio de la dinamo autoexcitada. Su solicitud de patente (en 1866) contenía una descripción de un dispositivo muy similar al generador Jacobi, solo los imanes permanentes ya fueron reemplazados por un devanado de excitación - electroimanes de excitación. Antes de comenzar, los núcleos fueron magnetizados por corriente continua.
A principios de 1867, el inventor Werner Siemens hizo informes en la Academia de Ciencias de Berlín. Presentó al público un generador similar al generador Varley, llamado "dínamo". La máquina se puso en marcha en modo motor para que los bobinados de campo estuvieran magnetizados. Entonces el auto se convirtió en un generador.
Fue una verdadera revolución en la comprensión y el diseño de máquinas eléctricas. En Alemania, comenzó la producción generalizada de dinamos Siemens, generadores de CC autoexcitados, los primeros dinamos industriales.
El diseño de las dinamos ha cambiado con el tiempo: Theophilus Gramm, en el mismo año 1867, propuso un ancla de anillo, y en 1872 el diseñador jefe de Siemens-Halske, Gefner Altenek, ofrecerá el devanado de tambor.
Entonces los generadores DC tomarán su forma final. En el siglo XIX, con la transición a la corriente alterna, las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas comenzarán a generar corriente alterna en generadores de corriente alterna. Pero esta es una historia completamente diferente ...
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Los principales tipos de generadores eléctricos y sus características.
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