TIPOS DE DISEÑO DE GENERADORES SÍNCRONOS Patricio Ramón S Universidad Politécnica Salesiana

TIPOS DE DISEÑO DE GENERADORES SÍNCRONOS
Patricio Ramón S
Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca – Ecuador
Correo – e: [email protected]
1.
INTRODUCCIÓN.
Los generadores de corriente alterna constituyen el medio industrial más común de producción de energía eléctrica. Estos
dispositivos se basan en el aprovechamiento de los fenómenos de la inducción electromagnética.
Los generadores síncronos se clasifican por su construcción en: campo giratorio y armadura giratoria, por su tipo de excitación
en autoexcitados y excitación separada, y por su tipo de rotor en: polos salientes; para velocidades iguales o menores de 1800
RPM y polos lisos; para velocidades iguales a 3600 RPM.
Los generadores síncronos autoexcitados ya no requieren de escobillas y los de excitación separada requieren de escobillas y en
lugar del conmutador utilizan anillos rosantes.
El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación)
en energía eléctrica.
El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.
El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente
continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo
magnético giratorio que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. [1]
2. DESARROLLO.
La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en su sistema de alimentación en
continua para la fuente de excitación situada en el rotor.
Polos salientes en el estator
Es estator es mecánicamente hablando el componente estático de una máquina eléctrica, también llamado inductor porque en él se
encuentran alojados los bobinados concatenados convenientemente, según se trate de un motor de corriente continua o alterna
(monofásico, trifásico, etc) que "inducen" o producen el campo electromagnético.
Laminas del estator.- El núcleo del estator está hecho de cientos de láminas de acero delgadas. Las máquinas que las prensan usan
soldadura automática, para asegurar ángulos de ranura, presiones de compresión y alineamiento correctos de las ranuras. Las
láminas del estator generalmente son de acero siliconado especial.
El núcleo del estator está sujeto a un flujo alterno, que induce pequeñas corrientes internas al acero, llamadas "corrientes
parásitas" o de "Foulcaut". Las corrientes parásitas generan calor y pérdidas de eficiencia.
Al ser el núcleo de láminas comprimidas, en lugar de una sola pieza sólida de acero, se inhiben las corrientes parásitas, lo cual
reduce la circulación de estas corrientes y las pérdidas que genera. La adición de silicio al acero también tiene el propósito de
inhibir las corrientes parásitas.
Devanados del estator.- Cargas diferentes requieren tipos diferentes de voltaje. Los generadores se diseñan con varias
combinaciones de ranuras, conductor y tipos de devanados, para proporcionar la clase especifica de voltaje requerido por las
cargas del generador.
Polos salientes en el rotor
En cambio el rotor mecánicamente hablando es la parte móvil y ese movimiento es originado por el campo inducido (así también
se lo llama "inducido") que por ley de Faraday-Lenz se opone a la causa que lo genera, entonces se establece una cupla par motor,
que hace que gire. El rotor si es de un motor de corriente alterna, generalmente es macizo y posee un bobinado inducido tipo
"jaula de ardilla", en cambio si es de corriente continua presenta un bobinado propiamente dicho.
[2]
CAMPO DE POLOS SALIENTES
El rotor de polos salientes, o de disposición no cilíndrica, se usa en la mayoría de las máquinas con generadores impulsados por
motor con clasificaciones de 20 kVA o mayores. Los rotores de polo saliente son definidos como superficies de polo en saliente
de la superficie del rotor. Los devanados generalmente se enrollan alrededor de estos polos, como se muestra en la figura.
Campo de polos no salientes
La figura muestra un campo rotatorio de polos no salientes, o rotor cilíndrico. Este se usa principalmente en turbinas de vapor
grandes, accionadas por generadores y ocasionalmente con inducidos enfriados por agua.
Frecuentemente, se hacen ranuras en las superficies de los polos para poner los devanados y reducir pérdidas. Este tipo de diseño
de generador no se usa en algunos grupos electrógenos.
[2]
EL GENERADOR ELÉCTRICO SIN ESCOBILLAS
EXCITATRIZ SIN ESCOBILLAS
El devanado de corriente continua sobre la estructura giratoria del campo se conecta a una fuente externa por medio de anillos
deslizantes y escobillas. Algunas estructuras de campo no tienen escobillas, sino que tienen excitación sin escobillas por medio de
diodos giratorios.
La presente invención se refiere a un generador CA polifásico sin escobillas que es adecuado para la excitación para avance de
ángulo y a un aparato de control de excitación para uso con él.
Un generador CA polifásico sin escobillas sensores de polo magnético, cada uno para detectar la posición rotativa de un rotor e
incluyendo una pluralidad de fases a cada una de las cuales se suministra una corriente de fase, teniendo la corriente de fase su
temporización de suministro avanzada en ángulo una cantidad predeterminada de ángulo según la señal de detección del sensor de
polo magnético, donde cada uno de los sensores de polo magnético está dispuesto de manera que la temporización con que la
corriente de fase se suministra para avance de ángulo pueda coincidir con la temporización con que se cambia el campo
magnético detectado por el sensor de polo magnético.
[2]
Otro sistema de excitación llamado “excitatriz sin escobillas” opera bajo el mismo principio que el anterior, solo que ahora se
eliminan las escobillas y el conmutador, de hecho, la excitatriz es un generador de C.A. con los polos de campo estacionarios, el
voltaje generador, el voltaje generador en C.A. en los devanados rotatorios se rectifica por medio de diodos montados sobre la
estructura rotatoria. El voltaje en C.D. producido por los rectificadores rotatorios se aplica directamente a los devanados de
campo del generador, el regulador de voltaje controla la corriente de campo para obtener el voltaje deseado en las terminales
3. CONCLUSIONES.
Es capaz de convertir energía mecánica en eléctrica cuando opera como generador y energía eléctrica en mecánica cuando
operada como motor.
El termino síncrono se refiere al hecho de la frecuencia eléctrica de la maquina está confinada, o sincronizada con, la tasa
mecánica de rotación del eje.
Los tres tipos de diseño nos dan la posibilidad de aplicarlos en diferentes áreas según la aplicación que los dispongamos para
ello se deberá tomar en cuenta las características de cada uno.
Controlando la alimentación del rotor, la máquina puede operar absorbiendo o inyectando reactivos a la red (reactor o
condensador síncrono, respectivamente). Esto se podría usar para mejorar el factor de potencia del sistema eléctrico.
La velocidad del eje depende de la frecuencia de alimentación y el número de polos.
En los generadores y motores más grandes se utilizan los llamados EXCITADORES O EXCICATRICES SIN ESCOBILLAS,
para suministrar la corriente de campo DC.
En la práctica, los generadores síncronos de imán permanente no son muy usados. Hay varias razones para que así sea. Una
ellas es que los imanes permanentes tienden a desmagnetizarse al trabajar en los potentes campos magnéticos en el interior de un
generador.
Las Máquinas Síncronas están entre los tres tipos más comunes de máquinas eléctricas; se llaman así porque trabajan a
velocidad constante y frecuencia constante en condiciones de operación estacionarias. Como la mayoría de las máquinas
giratorias, una máquina síncrona es capaz de trabajar como motor o generador.
BIBLIOGRAFÍA.
[1] http://es.wikipedia.org
[2] http://www.sertec.com.