Generador Sincrono

UNIDAD V


GENERADOR ELÉCTRICO SÍNCRONO TRIFÁSICO



F.E.M. INDUCIDA

En la figura la bobina abarca 180º E ó un paso polar completo y por lo tanto es llamada bobina de paso completo. Se asume que el devanado de campo en el rotor produce una onda espacial senoidal de densidad de flujo ( en la superficie del estator. El rotor es movido a una velocidad constante de ( radianes eléctricos porsegundo.

Cuando los polos del rotor estás en línea con el eje magnético de la bobina del estator, el flujo de enlace ( con al bobina de estator es ( = N( donde ( es el flujo en el entrehierro por polo.











Para la onda senoidal de densidad de flujo de densidad de flujo asumida.





(pico en el centro del polo del rotor y ( es medido en radianes eléctricos desde el ejedel rotor. El flujo opr polo en el entrehierro es la integral de la densidad de flujo sobre el área del polo, entonces para una máquina de 2 polos.


[pic]

l = longitud axial del estator

r = radio en el entrehierro




[pic]




Para una máquina de P polos






Debido a que el área del polo es 2/P veces del de una máquina de 2 polos de la misma longitud y diámetro.

Amedida que el rotor gira el flujo de enlace varía con el coseno del ángulo (, ángulo formado por los ejes magnéticos de estator y rotor. Con el rotor girando a una velocidad angular constante (, el flujo de enlace con la bobina de estator es :

[pic]

donde t es arbitrariamente tomado como cero, cuando el valor pico de la onda de densidad de flujo, coincida con el eje de la bobina delestator. Por la ley de Faraday, el voltaje inducido por la bobina del estator es :


[pic]


[pic]


Mientras el flujo que enlaza la bobina va decreciendo una F.E.M., será inducida en una dirección tal para producir una corriente la cual deberá tender a prevenir el flujo de enlace que decrece.

El primer término (N( sen (t de la ecuación ( 5 ) es un voltaje de velocidad debido al movimientorelativo del campo y la bobina.

El segundo término es un voltaje transformador y esta presente cuando la amplitud de la onda de densidad de flujo cambia con el tiempo.

En la operación de estado estable la mayoría de las máquinas rotatorias la amplitud de la onda de flujo en el entrehierro es constante y voltaje inducido es simplemente el voltaje de velocidad.



e = (N(Sen( ( 6 ).haciendo ( 3 ) en ( 6 )



[pic]




2IN = Longitud activa de los conductores en los dos lados de la bobina.

Entonces para una bobina diametral


[pic]


En la operación normal de estado estable de las máquinas de corriente alterna, usualmente nos interesaremos en los valores rms de voltaje y corrientes más que de sus valores instantáneos, así de la ecuación:



e = (N(Sen(El valor máximo del voltaje inducido será cuando (t = 90º eléctricos ó [pic] radianes eléctricos

[pic]


El valor eficaz ( rms )

Erms = [pic]

El valor eficaz ( rms )

Erms = 4.44 fN( ( 8 )


f = frecuencia en Hz


La rotación de la máquina introduce el elemento tiempo y transforma una distribución espacial de densidad de flujo a una variación de voltaje con el tiempo. Laecuación ( 8 ) da al voltaje eficaz por fase, donde N es el total de vueltas en serie por fase.

En las máquinas modernas las bobinas del devanado de armadura de cada fase esta distribuido en un número dado de ranuras, ya que los devanados distribuidos hacen mejor uso de hierro y cobre y mejoran la forma de onda. Para devanados distribuidos un factor de reducción K( debe ser aplicado debidoa que las fem´s inducidas en cualquier grupo de bobinas no están en fase su suma vectorial es menor que su suma algebraica cuando se conectan en serie. Para la mayoría de los devanados trifásicos K( = 0.85 a 0.95 por lo tanto:

Erms = 4.44 f K( Nph ( rms volts/fase.

Nph = Número de vueltas serie por fase. Si el devanado es de paso fraccionario Erms = 4.44f K( Kp Nph (.


Ejemplo:

Se...