Capitulo_9_Maquina_Sincronica

MÁQUINA SINCRÓNICA

MÁQUINA SINCRÓNICA

9.1 Introducción
La generación, transmisión y distribución de energía eléctrica se efectúa a través de
sistemas trifásicos de corriente alterna.
Las ventajas que se obtienen en los sistemas trifásicos con respecto a los monofásicos son:
•

Ahorro de materiales en equipos, líneas de transmisión y distribución.

•

Generación de campos magnéticos rotantes(Principio de funcionamiento de los motores).

•

Potencia instantánea constante (Lo cual hace que los motores tengan una marcha más
suave y silenciosa).

9.2 Fuentes de generación trifásicas
El generador sincrónico trifásico ó alternador es la máquina que se utiliza en las centrales
eléctricas (Turboalternador) o bien como sistema autónomo de generación (Grupo electrógeno).
Es una máquina compuestapor dos partes:
•
•

Una fija ó estator, constituido por un paquete de chapas magnéticas conformando un
cilindro con una serie de ranuras longitudinales, sobre las cuales están colocados
conductores, conectados entre si, de forma tal de crear un conjunto de bobinas.
Una parte móvil ó rotor, ubicada dentro del estator y que consiste en un electroimán
alimentado por corriente continua.
El giro delrotor se produce mediante una máquina impulsora (Motor diesel, turbina
de vapor, de gas, hidráulica, eólica), que mantiene una velocidad angular constante.
La alimentación del electroimán se logra a través de un par de anillos rozantes que
permiten la continuidad eléctrica entre una parte fija y una parte móvil.

Los alternadores de cierta potencia cuentan con excitatriz, que es a su vez ungenerador
de corriente alterna trifásico (Cuyo inductor está montado sobre el estator del alternador y el
inducido sobre el rotor), en cuya salida se encuentra un rectificador trifásico, que alimenta el
electroimán, con lo cual se evitan los anillos mencionados, que ocasionan pérdidas en los mismos
y desgaste de los carbones.
El esquema elemental de un generador sincrónico trifásico es el mostrado en lafigura 9.1.

Ing. Álvarez 12/09

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MÁQUINA SINCRÓNICA

u1

Líneas de campo
magnético

v2

w2

ω

N

S

Estator

Iex

w1

v1
Bobina del rotor
alimentada con
corriente continua

Rotor

u2
Figura 9.1 Esquema de un generador sincrónico trifásico
El esquema presenta solamente 6 ranuras, y sobre cada par de ranuras opuestas se
colocan los lados de una bobina, cuyos principios y finales tienen lasiguiente denominación:
Bobina 1:
Bobina 2:
Bobina 3:

u 1 – u2
v1 – v2
w1 – w2

En la figura 9.2 se ha esquematizado la bobina 1, donde se puede ver como están
ubicados los conductores en las ranuras, siendo las otras dos bobinas idénticas, pero con su ejes
magnéticos, formando un ángulo de 120 °, entre si.
Dado que el electroimán produce un flujo magnético [Φ] de valor constante, las bobinasconcatenarán un valor de dicho flujo de acuerdo a la posición instantánea del rotor.

Ing. Álvarez 12/09

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MÁQUINA SINCRÓNICA

Eje magnético
de la bobina u-x

Conductores
ubicados en la
ranura superior

Φ
Eje magnético del
electroimán para la
posición del dibujo

Eje magnético
de la bobina u-x

α

Conductores
ubicados en la
ranura inferior

u1
u2

Eje magnético del
electroimán para un
giro delrotor en un
ángulo α

Φ

Figura 9.2 Disposición de la bobina 1 (u1 – u2)
Si analizamos la bobina u1 – u2 de “N” espiras (La cual en el esquema anterior está
representada por una sola por simplicidad del dibujo), y llamamos “α” al ángulo entre el eje
magnético del electroimán y el eje magnético de la bobina, el valor del flujo concatenado por la
misma para un instante cualquiera está dado por, laproyección del flujo producido por el
electroimán sobre el eje magnético de la bobina, o sea:
ϕ = Φ cos α = Φ cos ωt

Siendo ω la velocidad angular del rotor.

De acuerdo a la ley de Faraday-Lenz, entre los términales de la bobina se inducira una
fuerza electromotriz cuyo valor está dado por:
eu1-u2 = - N dϕ/dt = N Φ ω sen ωt
Llamando Emax. = N Φ ω

nos queda:

eu1-u2 = Emax. sen ωt
Si analizamos la...