05 Alternadores

CENTRALES ELÉCTRICAS

ALTERNADORES
Los generadores sincrónicos o alternadores son máquinas sincrónicas
utilizadas para convertir potencia mecánica en potencia eléctrica ac. Este
capítulo estudia los generadores sincrónicos, cuando operan solos o cuando
operan conjuntamente con otros generadores.

5-1 CONSTRUCCIÓN DE GENERADORES SINCRÓNICOS
En un generador sincrónico se aplica una corriente DC aldevanado del rotor, la
cual produce un campo magnético. Entonces el rotor del generador gira
mediante un motor primario y produce un campo magnético rotacional dentro
de la máquina. Este campo magnético rotacional induce un grupo trifásico de
voltajes en los devanados del estator del generador.
Dos términos muy utilizados para describir los devanados de una máquina son
devanados de campo ydevanados de armadura. En general, el término
"devanados de campo" se aplica a los devanados que producen el campo
magnético principal en la máquina, y el término "devanados de armadura" se
aplica a los devanados donde se induce el voltaje principal. En las máquinas
sincrónicas, los devanados de campo están sobre el rotor, de modo que los
términos "devanados del rotor" y "devanados de campo" se utilizanindistintamente. De igual manera se emplean los términos "devanados
estatóricos" y "devanados de armadura".
En esencia, el rotor de un generador sincrónico es un gran electroimán. Los
polos magnéticos del rotor pueden ser construidos salientes o no salientes. El
término saliente significa "proyectado hacia fuera" o "prominente"; un polo
saliente es un polo magnético que se proyecta hacia fuera dela superficie del
rotor. Por otro lado, un polo no saliente es un polo magnético construido al
mismo nivel de la superficie del rotor. La figura 5-1 muestra un rotor de polos
no salientes y la figura 5-2 muestra un rotor de polos salientes.

Fig 5.1 Rotor de polos no salientes
Ingeniería en Electricidad

Fig 5.2 Rotor de polos salientes
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CENTRALES ELÉCTRICAS

Los rotores de polos nosalientes se utilizan en rotores de dos y cuatro polos,
mientras que los rotores de polos salientes se utilizan en rotores de cuatro o
más polos. Puesto que el rotor está sujeto a campos magnéticos variables, se
construye con láminas delgadas agrupadas para reducir las pérdidas por
corrientes parásitas.
A manera de ejemplo vemos que los alternadores de la ITAIPU poseen 66
polos en 50 Hz y 78 polosen 60 HZ con una tensión nominal de trabajo de
18kV (+-5% kV) y girando a 90,9 rpm en 50 Hz y 92,3 rpm en 60 HZ.
Se debe suministrar una corriente DC al circuito de campo del rotor.
Puesto que el rotor esta girando, se requiere un arreglo especial para entregar
potencia DC a sus devanados de campo. Existen dos formas comunes de
suministrar esta potencia DC:
1. Suministrar la potencia DC desde unafuente DC externa al rotor por medio
de anillos robines y escobillas.
2. Suministrar la potencia DC desde una fuente DC especial montada
directamente en el eje del generador sincrónico.
Los anillos rozantes son anillos metálicos que circundan el eje de la maquina
pero se encuentran aislados de él. Un extremo del devanado del rotor DC está
unido a cada uno de los dos anillos rozantes colocadossobre el eje de la
máquina sincrónica, y una escobilla estacionaria se desliza sobre cada anillo
rozante. Una "escobilla" es un bloque de un compuesto de carbón grafitado que
conduce la electricidad libremente y tiene muy baja fricción para no
desgastarse con el anillo rozante. Si se conecta el extremo positivo de una
fuente de voltaje DC a una escobilla y el extremo negativo a la otra, se aplicaráigual voltaje DC al devanado de campo en todo momento, sin tener en cuenta
la posición angular o la velocidad del rotor.
Los anillos rozantes y las escobillas crean algunos problemas cuando se
utilizan para suministrar potencia DC a los devanados de campo de la máquina
sincrónica pues exigen más mantenimiento en la máquina ya que se deben
revisar con regularidad las escobillas debido a su...