¿Cómo los generadores de energía generan CA a una frecuencia constante?

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Por lo que sé, la corriente alterna se genera en las centrales eléctricas al convertir la energía de rotación en electricidad. La frecuencia de la CA depende de la frecuencia de rotación del rotor. En EE. UU., La frecuencia debe ser de 60 Hz, corríjame si me equivoco.

Sin embargo, no sé cómo las centrales eléctricas pueden mantener una frecuencia tan constante. Esto podría ser más fácil en las plantas nucleares o térmicas, pero ¿qué hay de las turbinas eólicas, donde la velocidad del viento no es constante y, por lo tanto, las turbinas no pueden girar a la velocidad constante?

Intenté mirar a mi alrededor y encontré esto discusión Reddit . Sin embargo, no confío en Reddit como una fuente confiable, por lo que deseo obtener una respuesta confiable aquí.

En resumen, ¿cómo genera un generador una frecuencia constante a pesar de las inconsistencias en la fuente de energía (como los flujos de viento irregulares)?

    
pregunta Pritt Balagopal

3 respuestas

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Primero debe comprender que debido a que la red es de corriente alterna, y el generador y el motor están enrollados de tal manera, el campo magnético dentro del estator (la carcasa fija) girará a una velocidad determinada por la frecuencia y el tipo de máquina. Este campo giratorio puede ser realizado por la rejilla, o el rotor, un imán (electro) giratorio.

Las turbinas eólicas son una excepción a esto. La mayoría de los generadores son máquinas síncronas. Lo que significa que el campo magnético en el rotor, coincide con el presente en el estator.
Esto se aplica a los generadores de imán permanente y a la mayoría de los generadores que se encuentran en barcos y en sistemas de energía de emergencia. También se alquilan motores diesel y la mayoría de las plantas de energía en el sitio.

Los aerogeneradores utilizan generadores asíncronos . Esto significa que la rotación del campo del estator no tiene que coincidir con la rotación del rotor. Esto es similar a los motores de inducción con deslizamiento.

Cuando el viento está empujando, intentará empujar el rotor más allá de la velocidad del campo magnético alterno en el estator. Esto genera energía.
Cuando el viento no empuja, el campo del estator giratorio intentará llevarse el rotor, haciendo un ventilador. Obviamente, este no es el caso ideal, por lo que algunos dispositivos electrónicos lo evitan.

La principal desventaja es que no pueden comenzar fácilmente desde el apagón, pero son baratos. En comparación con las turbinas eólicas de conversión DC-AC.

He omitido el proceso de sincronización del generador a una red activa. Pero esto básicamente significa que usted hace coincidir el voltaje, la velocidad y la fase para que haya 0 voltios sobre el interruptor, por lo que no fluirá corriente cuando se encienda. Después de esto, se puede dar más potencia mecánica para convertir en electricidad.

Esta es una compañía eólica danesa con alguna información adicional.

    
respondido por el Jeroen3
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Esas turbinas eólicas no solo necesitan operar a la misma frecuencia sino que también necesitan operar en la misma fase , lo que significa que toda la necesidad de alcanzar el pico de la tensión sinusoidal al mismo tiempo.

Claramente eso es casi imposible simplemente haciendo ajustes mecánicos.

Entonces, ¿cómo se hace? Bueno, la electrónica, por supuesto.

La energía del rotor del aerogenerador podría convertirse a una tensión de CC. Asumo que las turbinas eólicas generan aire acondicionado, ya que eso sería lo más eficiente. Esta CA luego se rectifica en una tensión de CC que luego se convierte en CA de "estilo de red" por medio de transistores de conmutación rápida.

La electrónica cuida la frecuencia y la fase. Solo puede controlar el voltaje existente y sincronizarse con eso.

Es necesario hacer lo mismo para paneles solares , ya que estos generan CD directamente.

Tenga en cuenta que la frecuencia de la red, aunque es bastante constante, solo es constante en promedio . Es posible que observe que un reloj sincronizado con la red eléctrica puede funcionar rápido en algún momento, pero que podría estar funcionando a tiempo un día después.

En la planta de energía también mantienen un reloj en la frecuencia de la red y, si se está ejecutando rápidamente, saben que necesitan reducir la velocidad por un tiempo.

    
respondido por el Bimpelrekkie
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Un generador hidráulico tiene cuchillas móviles que pueden cambiar las propiedades del generador.

Wikipedia tiene una descripción detallada de cómo se hace: enlace

    
respondido por el MatsK

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