TIPO DE MÁQUINA FORMA DEL ROTOR

FORMA DEL ESTATOR

OTRAS PARTES EN EL EJE

Corriente Directa

Liso Polo saliente

Tiene colector

Corriente Alterna

Sincrónica Rotor polo saliente

Polo saliente Liso 2 anillos rozantes

Rotor liso Liso Polo saliente

3 anillos rozantes

Asincrónica Rotor devanado

Liso Liso 3 anillos rozante

Rotor Jaula Liso Liso ***

MÁQUINA SÍNCRONA

• Las Máquinas Síncronas están entre los tres tipos más comunes de máquinas eléctricas; las máquinas sincrónicas son máquinas de corriente alterna que se caracterizan por tener una velocidad dependiente directamente de la frecuencia de la red. Pueden ser monofásicas o trifásicas, especialmente en aplicaciones de potencia; 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

La operación de un generador síncrono o alternador se basa en la ley de Faraday de inducción electromagnética y trabaja de manera muy semejante a un generador de corriente continua, en el que la generación de f.e.m. se logra por medio del movimiento relativo de entre conductores y un flujo magnético.Los generadores sincrónicos constan de un campo magnético de DC que puede ser estacionario o giratorio.

Si el campo es estacionario se habla de:Generadores sincrónicos de campo estacionario, en ellos la armadura posee un devanado trifásico cuyos terminales están conectados a tres anillos colectores montados sobre su eje. Un juego de escobillas permite conectar la armadura a una carga trifásica externa. La armadura esta conectada a una fuente de potencia motriz. Al girar, se induce:•Un voltaje trifásico cuyo valor depende:

De la velocidad de rotación y de la corriente directa de excitación en los polos estacionarios.•La frecuencia del voltaje depende de :

De la velocidad de rotación y del número de polos en el campo.Estos generadores son útiles hasta 5 Kva. Para potencias mayores es más barato, más seguro y más práctico emplear un campo rotatorio de DC, que define otro tipo de generadores y son:

• Generadores sincrónicos de campo rotatorio que tienen una armadura estacionaria llamada estator. El devanado trifásico esta directamente conectado a la carga , sin pasar por grandes y poco confiables anillos de rozamiento y escobillas. El estator estacionario facilita el aislamiento porque no esta sometido a fuerzas centrífugas. El devanado de corriente continua sobre la estructura giratoria del campo se conecta a una fuente externa por medio de anillos deslizantes y escobillas.

NÚMERO DE POLOS.El número de polos de un generador síncrono depende de la

velocidad angular y de la frecuencia que deseamos producir. La fórmula general es:

. (R.P.M)

• Donde: • ω es la velocidad sincrónica en r.p.m.• P es el número de polos de la máquina.• F es la frecuencia de del voltaje inducido.

Ejemplo. Una turbina hidráulica que gira 200 rpm esta conectada a un generador síncrono. Si la frecuencia del voltaje inducido es de 60 Hz, Cuantos polos tiene el generador?.

P=120*60/200 = 36 polos.

p

f*120

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL ESTATOR.

Siempre se conecta en Y y no en Delta Δ, el neutro se conecta a tierra.

Las principales ventajas son:• El voltaje por fase es solo 58% del voltaje de línea, permitiendo

reducir la cantidad de aislamiento en las ranuras, lo que permite incrementar el área de los conductores y por lo tanto la salida de potencia de la máquina.

• Cuando un generador síncrono esta sometido a carga, el voltaje inducido en cada fase se distorsiona y la forma de onda deja de ser senoidal; debido a la circulación del tercer armónico. Con una conexión en Y, los armónicos de línea a neutro distorsionantes no aparecen entre líneas porque se anulan entre si. Por consiguiente, el voltaje entre líneas seguirá siendo senoidal independientemente de las condiciones de carga.

1

• Cuando se utiliza una conexión Delta, los voltajes armónicos no se cancelan, sino que se acumulan y siendo está conexión cerrada se produce una circulación de corriente de tercer armónico, al cual incrementa las pérdidas en los conductores.

Los generadores síncronos según el rotor son de dos tipos:1. Rotor de polo saliente. Las turbinas hidráulicas en su

mayoría giran a baja velocidad entre 50 y 300 r.p.m. para poder extraer la máxima potencia de las cascadas. El rotor esta directamente acoplado a la rueda hidráulica y si se requiere una frecuencia de 50 o 60 Hz, necesitaremos un número elevado de polos. Los rotores de baja velocidad siempre tienen un gran diámetro a fin de proporcionar el espacio suficiente para los polos.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL ROTOR

Con frecuencia se adiciona un pequeño devanado de jaula de ardilla en estos polos, normalmente no inducen corriente porque el rotor gira a la velocidad sincrónica. Sin embargo, cuando la carga del rotor varía lo que significa una variación en la velocidad e induce un voltaje en este devanado, el cual hace fluir una corriente que genera un campo que refuerza el del estator par amortiguar estas variaciones en el rotor. Se denomina devanado amortiguador.

2. Rotor cilíndrico. Las turbinas de vapor de alta velocidad son más pequeñas y más eficientes que las de baja velocidad. Lo mismo sucede con generadores síncronos de alta velocidad. Sin embargo, tenemos la limitante del número de polos y esta fija la velocidad máxima en 3.600 r.p.m en un sistema de 60Hz (que corresponde a dos polos)y con cuatro polos sería 1.800 r.p.m.

CURVA DE SATURACIÓN SIN CARGA.

• El generador se impulsa a velocidad nominal constante mediante una potencia motriz exterior y en los conectores de la Y de salida se mide el voltaje inducido sin carga (Voltajes remanentes).

• El voltaje inducido varía a medida que modifico la corriente directa de excitación del generador.

• La curva de saturación sin carga la obtengo de graficar en el eje vertical el voltaje inducido y en el eje horizontal la corriente de excitación.

• La curva inicialmente es muy lineal y presenta un codo antes de llegar al área de saturación.

CURVA DE SATURACIÓN SIN CARGA DEL GENERADOR.

Erem

Iexc

Parte lineal

Codo

Línea de saturación

ENom

f.e.m., E

Iexc

23

1

Erem3

Erem1Erem2

Análisis de la f.e.m. inducida por un campo magnético que gira respecto a una bobina fija

E

t

N S

v N

S

v

N

S

v

N

S

E.

v

(a) (b) (c) (d)

(e) (f)

a eb c d f

E. E.

NS

v

N

S

v

E.