Cómo funcionan los generadores AC: Explicación clara y sencilla

Un generador convierte energía mecánica en eléctrica, pero ¿cómo ocurre exactamente este proceso? Lo que pasa es que cuando una bobina rota en un campo magnético se induce una FEM en ella causando un flujo de corriente en dirección específica (la dirección depende del sentido de rotación de la bobina o del campo magnético, y puede determinarse por la regla de la mano derecha).

Considera una bombilla conectada a los extremos de la bobina que rota en un campo magnético. Cada vez que el flujo a través de la bobina cambia, causa un flujo de corriente encendiendo la bombilla. Sin duda es un método para obtener energía eléctrica, pero la bobina se rompería por torsión continua. Aquí surge el uso de "contactos de escobillas" (brush contacts). (Mira la figura abajo, ejemplo de generador elemental o de una sola vuelta).

¿Qué son los "contactos de escobillas" y por qué se usan?

Los contactos de escobillas, conocidos comúnmente como "anillos colectores" (Slip Rings), se usan en los extremos de la bobina. Los anillos colectores hacen contacto eléctrico entre conductores fijos y rotativos; así la fuente de energía fija transmite potencia a la parte rotativa. Recogen la FEM alterna de los devanados, que luego recogen las escobillas de carbono hacia un circuito externo.

Posiciones variables del bucle: La variación del ángulo durante la rotación entre la normal de la bobina y las líneas de campo magnético causa variación en la magnitud de la FEM producida. Esa FEM también depende de la tasa de cambio de flujo a través de la bobina. La figura muestra las diferentes posiciones de la bobina de 0° a 180°, y luego de 180° a 360°.

Posición a 0 grados: También conocido como "Plano Neutro"; el bucle es paralelo a las líneas de flujo magnético y hay flujo máximo a través de la bobina. Sin embargo, no hay producción de FEM porque no hay "cambio de flujo a través del bucle".

Posición a 90 grados: Tras rotar 90° en sentido horario, el enlace de flujo se vuelve cero. Pero la tasa de cambio de flujo fue máxima, resultando en FEM inducida que sube de cero a su valor pico.

Posición a 180 grados: Rotado otros 90° completando 180°. El bucle es perpendicular a las líneas de fuerza magnética: máxima densidad de flujo. La FEM vuelve a cero.

Posición a 270 grados: Hasta 180° la polaridad del voltaje permaneció igual porque "el brazo del conductor cortando el campo magnético sur era el mismo", pero ahora la polaridad cambia porque "ese brazo ahora cortará el campo magnético norte" y viceversa. A 270° el enlace de flujo es cero otra vez, pero la tasa de cambio de flujo es máxima. La FEM inducida sube a su valor pico, pero en dirección inversa.

Posición a 360 grados: El bucle rota otros 90° completando 360°. Vuelve a posición inicial, enlace de flujo máximo y voltaje disminuye a cero.

Este tipo de voltaje producido es Voltaje Alterno.

Qué significa Electromagnetismo

Ley de Faraday de inducción electromagnética establece