Mat.didac. El Alternador

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TECNOLOGIA CAPACITACION

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA O ALTERNADOR. IMPORTANCIA DE LOS GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA Una gran proporción de la corriente eléctrica producida por máquinas dinamoeléctricas es alterna, a raíz de esto el alternador es el medio más importante para la producción de corriente eléctrica. Los generadores de corriente alterna varían de tamaño dependiendo de la cantidad de energía eléctrica que debe suministrar.

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TIPOS DE ALTERNADORES: Hay dos tipos de alternadores, el de armadura giratoria y el de campo giratorio: El alternador de armadura giratoria tiene el bobinado inducido en el rotor y el bobinado de campo o excitación (inductor) en el estator. El bobinado inductor produce el campo magnético necesario para engendrar la fuerza electromotriz en el bobinado inducido. La corriente alterna producida en la armadura es transmitida por medio de anillos colectores a los terminales de carga, sin sufrir variaciones, el alternador de armadura giratoria, sólo se encuentra en los alternadores de poca potencia.

El alternador de campo giratorio tiene el bobinado de la armadura fijo y el bobinado de campo giratorio. La ventaja de que la armadura sea estacionaria, radica en que la tensión generada puede conectarse directamente con la línea de carga. La armadura rotatoria requeriría de anillos rozantes para transmitir la corriente al circuito externo. Como los anillos rozantes están descubiertos se producirían arcos y cortocircuitos al generarse altos voltajes. Por eso, los alternadores de alta tensión suelen ser de campo giratorio; la tensión aplicada al campo giratorio es de corriente continua de bajo voltaje con lo que se anula el problema de la formación de arcos en los anillos. Página 2

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CONSTRUCCIÓN DEL ALTERNADOR: El propulsor primario, en este tipo de alternador, es una turbina de vapor de alta velocidad accionada a vapor a alta presión. Debido a la gran velocidad de rotación, el rotor del alternador de Impulsión a Turbina es cilíndrico, de escaso diámetro y de bobinado firmemente asegurado a la ranura de su superficie. Los bobinados están dispuestos de manera que forman dos polos distintos. Sólo con este tipo de construcción, el rotor puede soportar, sin romperse, la tremenda fuerza centrífuga generada por las altas velocidades. En los alternadores de menor velocidad, accionados por motores, energía hidráulica, turbinas con engranajes y motores eléctricos, se emplea el rotor de polos salientes.

Figura 2

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Cualquiera sea el tipo de rotor que se emplee, sus bobinados serán excitados por separado, mediante una dínamo de Corriente Continua llamado Excitatriz. La armadura estacionaria, o estator, del alternador contiene las bobinas que son atravesadas por el campo magnético rotatorio. El voltaje inducido en la armadura, a raíz de este desplazamiento transversal del campo, es la Corriente Alterna que se aplica a la carga. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: El principio de funcionamiento del alternador está basado en el fenómeno de inducción electromagnético.

Si hacemos girar un imán delante de una bobina, en los bornes de la bobina aparecerá una FEM porque en toda bobina sometida a una variación de flujo nace una fuerza electromotriz inducida. La rotación del imán delante a la bobina crea en ésta, una variación de flujo sinusoidal. Resultando una FEM inducida también sinusoidal, pero desfasada en 90° de retraso con respecto al flujo. El imán y la bobina constituyen un Alternador Elemental.

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La bobina es el estator o Inducido. El imán es el Inductor. En la práctica, para obtener un flujo más importante, el imán permanente es reemplazado por bobinas alimentadas en Corriente Continua. La alimentación

del Inductor se realiza por intermedio de un sistema de anillos y escobillas.

REGULACIÓN DE LA FRECUENCIA Y EL VOLTAJE: La frecuencia de la Corriente Alterna, generada por un alternador, depende de la cantidad de polos y de la velocidad del rotor. Cuando un rotor ha girado hasta que dos polos adyacentes (Norte-Sur) hayan atravesado un mismo bobinado, la tensión inducida en ese bobinado habrá variado un ciclo completo. Cuanto más polos haya en el rotor, menos será la velocidad de rotación para una frecuencia dada. La máquina de dos polos debe girar al doble de la velocidad que la de cuatro polos, para producir la misma frecuencia. La magnitud de la tensión generada por el alternador, se modifica haciendo variar la Intensidad del Campo Magnético, variando la corriente de Campo o Excitación. ALTERNADOR MONOFÁSICO EN CARGA:

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El alternador puede abastecer de energía eléctrica sólo en la medida que reciba una energía mecánica. En efecto, cuando el inducido de origen a una corriente, éste se opone por su acción electromagnética, al giro inductor (Ley de Lenz). Un motor (turbina hidráulica o térmica) da la energía necesaria al alternador. Un generador de C.C. (excitatriz) montado en el extremo del eje, de la C.C. necesaria al inductor del alternador.

Pero mantener le frecuencia y la tensión consta de dos operaciones simultáneas: - Aumentar la velocidad por acción de la turbina (fórmula) - Aumentar la intensidad de excitación por acción del reóstato de campo de la excitatriz (fórmula) Prácticamente estas dos operaciones pueden ser realizadas por medio de un regulador de velocidad y un regulador de tensión. ALTERNADOR EN CARGA

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CARGA OHMMICA PURA Considerando las polaridades presentes, constataremos que el flujo inducido se opone al giro del inductor. Es necesario, entonces, aumentar el Par Motor, para mantener la velocidad del inductor constante. La reacción del inducido es, entonces, transversal (en oposición a la rotación). CARGA INDUCTIVA PURA.

La reacción del inducido del alternador con carga inductiva es longitudinal sustractivo. Tienen por consecuencia, la disminución del flujo resultante, sin oposición a la rotación del inductor. Al no absorber energía activa, una frecuencia, el alternador no necesitará mayor energía mecánica, sino aumentar la corriente de excitación y, con ello, el flujo inductor. Página 7

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CARGA CAPACITIVA PURA.

En este caso, la reacción del inducido es longitudinal aditivo. Por consecuencia: al aumentar el flujo resultante, sin oponerse a la reacción del inductor. Un condensador no absorbe energía activa, por lo que el alternador no necesita mayor energía mecánica. Para restablecer la energía, se debe disminuir la corriente de excitación, logrando con ello, la disminución de la FEM inducida. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO

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ALTERNADOR TRIFÁSICO El alternador trifásico se compone de tres bobinas idénticas ubicadas en el espacio a 120° entre sí.

Cuando el inductor efectúa un giro engendra en cada bobina un período de fuerza electro motriz. Para utilizar más racionalmente el estator es posible duplicar el número de bobinas por fase. Generalmente las bobinas de una misma fase están asociadas en serie en un sentido tal que sus fuerzas electromotrices se suman (como lo demuestra la fig.) El inducido de un alternador trifásico tiene igual número de bobinas por fase que pares de polos a excepción del alternador de un par. Página 9

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Las bobinas de una misma fase pueden ser asociadas en serie o en paralelo.

ASOCIACIÓN DE LAS FASES. Los enrollados de las fases uno, dos y tres pueden ser acoplados en estrella o en triángulo. Página 10

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Si la tensión nominal del bobinado de una fase corresponde a la tensión compuesta del sistema que se quiere obtener las fases se acoplarán en triángulo (). Si la tensión nominal del bobinado de una fase corresponde a la tensión simple del sistema que se quiere obtener las fases se acoplarán en estrella ()

ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE ALTERNADORES TRIFASICOS. Los alternadores utilizados por las empresas de electricidad no producen sobre circuitos independientes, pero sí sobre una red común (interconexión). La puesta en funcionamiento de un alternador implica su acoplamiento sobre la red. CONDICIONES NECESARIAS PARA ACOPLAR UN ALTERNADOR EN PARALELO CON LA RED. Para acoplar un alternador sobre la red es necesario que la curva de la fuerza electromotriz que él produce sea superpuesta a la curva de tensión correspondiente de la red.

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Para que dos sinusoides se superpongan es necesario: Igualdad de sus valores máximos Igualdad de sus frecuencias Identidad de sus fases.

OPERACIONES DE ACOPLAMIENTO. -

Puesta en marcha de la turbina o motor Puesta en velocidad Puesta en tensión Puesta en fase de las diferencias de potencial Cerrar el interruptor de acoplamiento cuando las lámparas estén Dos encendidas al máximo y una apagada o cuando el sincronoscopio Nos indique posición cero o central

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PUESTA EN CARGA DE UN ALTERNADOR ACOPLADO A LA RED. Cuando las operaciones de acoplado estén terminadas el alternador no entrega potencia. Para que el alternador de una potencia activa, es necesario aumentar el par motor. Para hacer variar la potencia reactiva, es necesario actuar sobre la corriente de excitación del alternador Si el inductor es subexcitado el alternador absorbe una potencia reactiva. Si el inductor es sobreexcitado el alternador da una potencia reactiva.

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