Generadores Sincronos

Resumen

En este trabajo se estudian la constitución de los generadores síncronos, su funcionamiento y características a tomar en cuenta en su operación.

Los generadores sincrónicos o alternadores son maquinas sincrónicas que se usan para convertir potencia mecánica en potencia eléctrica de c.a.

Palabras Clave – rotor, estator, excitatriz, imanes permanentes.

Introducción

El principio de funcionamiento y la constitución de las máquinas síncronas, trata de conseguir un acoplamiento magnético entre los campos del rotor y el estator. Normalmente (aunque también pueden encontrarse máquinas en las que no es esto así), en el rotor se sitúa un campo magnético fijo. En las máquinas de pequeña potencia ese campo magnético fijo se puede conseguir utilizando un simple imán permanente, pero para máquinas de mayor potencia no es suficiente con el imán permanente y se recurre a electroimanes. Se necesita pues, una fuente de corriente continua que pueda ser introducida en el rotor. La solución más utilizada consiste en disponer en el eje de anillos rozantes a través de los que inyectar en el inductor la corriente continua necesaria para generar un potente campo magnético.

Desarrollo

• A. Generador Síncrono

Esquema de una maquina síncrona operando como generador

Los límites del diagrama son:

• Máximo ángulo (d) entre las f.m.m.: teóricamente es 90º, pero por estabilidad se opera a ángulos menores.

• Potencia activa máxima operando en condiciones nominales según el fabricante.

• Tensión generada mínima dada por la excitación mínima requerida por el rotor para que la máquina genere y la tensión generada máxima limitada por la corriente rotórica.

• Máxima corriente de estator dada por las condiciones nominales.

• B.  Funcionamiento

Para conectar el generador a una red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha red. Cuanta más fuerza (par torsor) le aplique, mayor electricidad producirá, aunque el generador seguirá girando a la misma velocidad, impuesta por la frecuencia de la red eléctrica.

Generador desacoplado de la red

En un generador monofásico, de rotor de imán permanente que gira a velocidad la tensión generada en el estator, debida al flujo enlazado, es:

con k constante de diseño. Así, reemplazando el imán permanente por un enrollado de excitación, se puede controlar el voltaje inducido. Ubicando tres enrollados en el estator espaciados a 120º geométricos, resulta un generador trifásico con frecuencia eléctrica igual a la velocidad del eje.

La frecuencia f, según la velocidad de giro n y el número de polos p, es:

Generador conectado a la red

La frecuencia y la velocidad de giro del eje la impone la red, además, dicha velocidad depende del número de polos:

La potencia mecánica aplicada al eje no variará la velocidad del rotor, sino que se transformará en potencia eléctrica hacia la red, cuyo factor de potencia dependerá de la corriente de excitación.

Las características constructivas de un generador síncrono dependen de la aplicación:

• Centrales hidroeléctricas:

• Máquinas de eje vertical.

• Rotor de polos salientes corto y de gran diámetro.

• Gran número de polos (300-350 [RPM]).

• Centrales térmicas o de ciclo combinado:

• máquina de eje vertical.

• rotor cilíndrico largo y de poco diámetro.

• Usualmente de 2 polos. Velocidades de 1500-3000 [RPM]

Generador Síncrono en vacío

Cuando el generador trabaja en vacio no hay caída de tensión: la tensión de salida coincide con la FEM E