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Losgeneradoreselctricos

DetalledeungeneradorelctricoUngeneradoresunamquinaelctricarotativaquetransformaenergamecnicaenenergaelctrica.Loconsiguegraciasalainteraccindelosdoselementosprincipalesquelocomponen:lapartemvilllamadarotor,ylaparteestticaquesedenominaesttor.

Cuandoungeneradorelctricoestenfuncionamiento,unadelasdospartesgeneraunflujomagntico(actacomoinductor)paraqueelotrolotransformeenelectricidad(actacomoinducido).

Losgeneradoreselctricossediferenciansegneltipodecorrientequeproducen.As,nosencontramoscondosgrandresgruposdemquinaselctricasrotativas:losalternadoresylasdinamos.

Losalternadoresgeneranelectricidadencorrientealterna.Elelementoinductoreselrotoryelinducidoelesttor.Unejemplosonlosgeneradoresdelascentraleselctricas,lascualestransformanlaenergiamecnicaenelctricaalterna.

Lasdinamosgeneranelectricidadencorrientecontinua.Elelementoinductoreselesttoryelinducidoelrotor.Unejemploloencotraramosenlaluzquetieneunabicicleta,lacualfuncionaatravsdelpedaleo.

Aprendemssobrelosgeneradoreselctricos

Mquinaselctricasrotativas:losgeneradores.

Principiodefuncionamientodeungeneradorelctrico:LeydeFaraday.

Generadordecorrientealterna:elalternador.

Generadordecorrientecontinua:ladinamo.

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Ventajasdelalternadorrespectoaladinamo.

Preguntassobregeneradoreselctricos.

Mquinaselctricasrotativas:losgeneradores

Llamamosmquinaselctricasalosdispositivoscapacesdetransformarenergaelctricaencualquierotraformadeenerga.Lasmquinaselctricassepuedendividiren:

Mquinaselctricasrotativas,queestncompuestasdepartesgiratorias,comolasdinamos,alternadoresymotores.

Mquinaselctricasestticas,quenodisponendepartesmviles,comolostransformadores.

Vamosafijarnosenelgrupodelasmquinasrotativas,queloconstituyenlosmotoresylosgeneradores.Lasmquinaselctricasrotativassonreversibles,yqquepuedentrabajardedosmanerasdiferentes:

Comomotorelctrico:Conviertelaenergaelctricaenmecnica.

Comogeneradorelctrico:Conviertelaenergamecnicaenelctrica.

Detalledelrotorydelesttordeungenerador

Lasmquinaselctricassepuedendividirenrotativasyestticas.Enestecasovamosafijarnosenelgrupodelasmquinasrotativasqueloconstituyenlosmotoresylosgeneradores.

Todaslasmquinasrotativasestnformadaporunapartefijallamadaesttor,tieneformacilndrica,yotramvilllamadarotor.Elrotorsemontaenunejequedescansaendosrodamientosocojinetes.Elespaciodeairequeseparaelesttordelrotor,necesarioparaquepuedagirarlamquinasedenominaentrehierro.

Normalmentetantoenelesttorcomoenelrotorexistendevanadoshechosconconductoresdecobreporlosquecirculancorrientessuministradasocedidasauncircuitoexteriorqueconstituyeelsistemaelctrico.Unodelosdevanadoscreaunflujoenelentrehierroysedenominainductor.Elotrodevanadorecibeelflujodelprimeroysedenominainducido.Deigualmanera,sepodriasituarelinductorenelesttoryelinducidoenelrotoroviceversa.

PrdidasyeficienciadelasmquinaselctricasrotativasComocualquiermquina,lapotenciadesalidaqueofrecenlasmquinaselctricasrotativasesmenorquelapotenciadealimentacinqueselessuministra,potenciasuministrada.Ladiferenciaentrelapotenciadesalidaylasuministradasonlasprdidas:

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Lapotenciadesalidadeungeneradorelctricoeslapotenciaelctricaqueentrega,lapotenciatil.Lapotenciasuministradaototaleslapotenciamecnicadeentrada:lapotenciamecnicaqueabsorbelamquinaparapodergenerarelectricidad.

Dentrodeunamquinaelctricarotativa,lasprdidasmssignificativasson:

Prdidasmecnicas:Causadasporelrozamientoentrelaspiezasmvilesyporlaventilacinorefrigeracininteriordelosdevanados.

Prdidaselctricasoprdidasenelcobre:SeproducenenelcircuitoelctricoyensusconexionesysondebidasalefectoJoule.

Prdidasmagnticasoprdidasenelhierro:Dependendelasvariacionesqueseproducenenloscamposmagnticosydelafrecuencia.

Asmismo,elcocienteentrelapotenciadesalida(tambinllamadapotenciatil)ylapotenciasuministrada(tambinllamadapotenciatotaloabsorbida)eslaeficiencia.Estaeficienciaseexpresaentantoporciento(%):

Porlotanto,laeficienciadeunamquinaelctricadeterminalacantidaddetrabajotilquepuedeproducir,apartirdelaenergiatotalqueconsume.

Principiodefuncionamientodeungeneradorelctrico:LeydeFaraday

RepresentacindelexperimentoquerealizFaraday

Elprincipiodefuncionamientodelosgeneradoressebasaenelfenmenodeinduccinelectromagntica.

LaLeydeFaraday.Estaleynosdicequeelvoltajeinducidoenuncircuitoesdirectamenteproporcionalalcambiodelflujomagnticoenunconductoroespira.Estoquieredecirquesitenemosuncampomagnticogenerandounflujomagntico,necesitamosunaespirapor

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dondecirculeunacorrienteparaconseguirquesegeneralaf.e.m.(fuerzaelectromotriz).

Estedescubrimiento,realizadoenelao1830porMichaelFaraday,permitiunaodespuslacreacindeldiscodeFaraday.EldiscodeFaradayconsisteenunimnenformadeU,conundiscodecobrededocepulgadasdedimetroy1/5depulgasdeespesorenmediocolocadosobreuneje,queestgirando,dentrodeunpotenteelectroimn.Alcolocarunabandaconductorarozandoelexteriordeldiscoyotrabandasobreeleje,comprobconungalvanmetroqueseproducaelectricidadmedianteimanespermanentes.FueelcomienzodelasmodernasdinamosEsdecir,generadoreselctricosquefuncionanpormediodeuncampomagntico.Eramuypocoeficienteynotenaningnusocomofuentedeenergaprctica,perodemostrlaposibilidaddegenerarelectricidadusandomagnetismoyabrilapuertaalosconmutadores,dinamosdecorrientecontinuayfinalmentealosalternadoresdecorriente.

Comoseobservaenelcaptulodeelectromagnetismo,cuandodentrodeuncampomagnticotenemosunaespirapordondecirculaunacorrienteelctricaaparecenunpardefuerzasqueprovocanquelaespiragirealrededordesueje.Deestamismamanera,sidentrodeuncampomagnticointroducimosunaespiraylahacemosgirarprovocaremosla

corrienteinducida.Estacorrienteinducidaeslaresponsabledelaf.e.m.yservariableenfuncindelaposicindelaespirayelcampomagntico.

Lacantidaddecorrienteinducidaof.e.m.dependerdelacantidaddeflujomagntico(tambinllamadolneas)quelaespirapuedacortar,cuantomayorseaelnmero,mayorvariacindeflujogenerarayporlotantomayorfuerzaelectromotriz..

Seobservalosdoscasosmsextremos,cuandolaespiraestsituadaa0o180ynocortalneas,ycuandoesta90y270y

lascortatodasAlhacergirarlaespiradentrodelimnconseguiremosunatensinquevariarenfuncindeltiempo.Estatensintendrunaformaalterna,puestoquede180a360lospolosestarninvertidosyelvalordelatensinsernegativo.

Elprincipiodefuncionamientodelalternadorydeladinamosebasaenqueelalternadormantienelacorrientealternamientrasladinamoconviertelacorrientealternaencorrientecontinua.

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Sealesdesalidadeunalternador,en

corrientealterna,ydeunadinamoencorrientecontinuo

Generadordecorrientealterna:elalternador

Losgeneradoresdecorrientealternaoalternadoressonmquinasquetransformanenergamecnica,querecibenporelrotor,enenergaelctricaenformadecorrientealterna.Lamayoradealternadoressonmquinasdecorrientealternasncrona,quesonlasquegiranalavelocidaddesincronismo,queestrelacionadaconelnombredepolosquetienelamquinaylafrecuenciadelafuerzaelectromotriz.Estarelacinhacequeelmotorgirealamismavelocidadqueleimponeelesttoratravsdelcampomagntico.Estarelacinvienedadaporlaexpresin:

DondefeslafrecuenciaalacualestaconectadalamquinayPeselnumerodeparesdepolos.

Modelizacindelfuncionamientodeungenerador

Suestructuraeslasiguiente:

Esttor:Partefijaexteriordelamquina.Elesttorestformadoporunacarcasametlicaquesirvedesoporte.Ensuinteriorencontramoselncleodelinducido,conformadecoronayranuraslongitudinales,dondesealojanlosconductoresdelenrollamientoinducido.

Rotor:PartemvilquegiradentrodelesttorElrotorcontieneelsistemainductorylosanillosderozamiento,medianteloscualessealimentaelsistemainductor.Enfuncin

delavelocidaddelamquinahaydosformasconstructivas.

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Rotordepolossalidosoruedapolar:Utilizadoparaturbinashidrulicasomotorestrmicos,parasistemasdebajavelocidad.

Rotordepoloslisos:Utilizadoparaturbinasdevaporygas,estosgrupossonllamadosturboalternadores.Puedengirara3000,1500o1000r.p.m.enfuncindelospolosquetenga.

Elalternadoresunamquinaelctricarotativasncronaquenecesitadeunacorrientedeexcitacinenelbobinajeinductorparagenerarelcampoelctricoyfuncionar.Porlotantosudiagramadefuncionamientoeselsiguiente:

Diagramadefuncionamientodel

alternadorAlsermquinassncronasqueseconectanalaredhandetrabajaraunafrecuenciadeterminada.EnelcasodeEuropayalgunaszonasdeLatinoamricasetrabajaa50Hz,mientrasqueenlosEstadosUnidosusan60Hz.Enaplicacionesespecialescomoenelcasodelaaeronutica,seutilizanfrecuenciasmselevadas,delordendelos400Hz.

Elprincipiodefuncionamientodelosalternadoreseselmismoquehemosestudiadohastaahora,conunapequeadiferencia.Paragenerarelcampomagntico,hayqueaportarunacorrientedeexcitacin(Ie)encorrientecontinua.Estacorrientegeneraelcampomagnticoparaconseguirlacorrienteinducida(Ii)quesercorrientealterna.

Losalternadoresestnacopladosaunamquinamotrizquelesgeneralaenergamecnicaenformaderotacin.Segnlamquinamotriztenemostrestipos:

Mquinasdevapor:Seacopladirectamentealalternador.Generanunavelocidaddegirobajaynecesitanunvolantedeinerciaparagenerarunarotacinuniforme.

Motoresdecombustininterna:Seacoplandirectamenteylascaractersticassonsimilaresalcasoanterior.

Turbinashidrulicas:Lavelocidaddefuncionamientotieneunrangomuyamplio.Estosalternadoresestndiseadosparafuncionarbienhastaeldobledesuvelocidaddergimen.

ExcitatrizdelosalternadoresLosalternadoresnecesitanunafuentedecorrientecontinuaparaalimentarloselectroimanes(deanados)queformanelsistemainductor.Poreso,enelinteriordelrotorseincorporalaexcitatriz.

Laexcitatrizeslamquinaencargadadesuministrarlacorrientedeexcitacinalasbobinasdelesttor,partedondesegeneraelcampomagntico.Segnlaformadeproducirelflujomagnticoinductorpodemoshablarde:

Excitacinindependiente.Lacorrienteelctricaprovienedeunafuenteexterior.

Excitacinserie.Lacorrientedeexcitacinseobtieneconectandolasbobinasinductorasenserieconelinducido.Todalacorrienteinducidaalasbobinasdelrotorpasaporlasbobinasdelesttor.

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Excitacinshuntoderivacin.Lacorrientedeexcitacinseobtieneconectandolasbobinasdelesttorenparaleloconelinducido.Solopasaporlasbobinasdelesttorunapartedelacorrienteinducida.

Excitacincompound.Enestecasolasbobinasdelesttorestnconectadastantoenseriecomoenparaleloconelinducido.

EfectosdelfuncionamientodeunalternadorCuandounalternadorfuncionaconectadoauncircuitoexteriorsecreancorrientesinducidasquenosgeneranlossiguientesefectos:

Cadadetensinenlosbobinajesinducidos:Laresistividadquenospresentanlosconductoreshacequetengamosunacadadetensin.

Efectodereaccinenelinducido:Eltipodereaccinquetendremosenelinducidodependerdelacargaconectada:

Resistiva:Tenemosunincrementoenlacadadetensininternayunadisminucindelatensinenlosbornesdesalida.

Inductiva:Apareceunacadadetensinimportanteenlosbornesdesalida.

Capacitiva:Disminuyelacadadetensininternayelevamaselvalordelatensindesalidaenlosbornesdesalida.

Efectodedispersindelflujomagntico:Haylneasdefuerzaquenopasanporelinducido,sepierdenolleganalsiguientepolo.Cuantomsaltasealacorrientedelinducido,msprdidaspordispersinnosencontramos.

Generadordecorrientecontinua:ladinamo

Elgeneradordecorrientecontinua,tambinllamadodinamo,esunamquinaelctricarotativaalacuallesuministramosenergamecnicaylatransformaenenergaelctricaencorrientecontinua.Enlaactualidadseutilizanmuypoco,yaquelaproduccinytransportedeenergaelctricaesenformadecorrientealterna.

Unadelascaractersticasdelasdinamosesquesonmquinasreversibles:sepuedenutilizartantocomogeneradorocomomotor.Elmotoreslaprincipalaplicacinindustrialdeladinamo,yaquetienefacilidadalahoraderegularsuvelocidaddegiroenelrotor.

Lasprincipalespartesdeestamquinason:

EsttorElesttoreslapartefijaexteriordeladinamo.Elesttorcontieneelsistemainductordestinadoaproducirelcampomagntico.Estformadopor:

Polosinductores:Diseadospararepartiruniformementeelcampomagntico.Distinguimosenelloselncleoylaexpansinpolar.Elnmerodepoloshadeserpar,encasodemquinasgrandessehandeutilizarpolosauxiliares.

Devanadoinductor:Sonlasbobinasdeexcitacindelospolosprincipales,colocadasalrededordelncleo.Estnhechosconconductoresdecobreodealuminiorecubiertosporunbarnizaislante.

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Culata:Laculatasirveparacerrarelcircuitomagnticoysujertarlospolos.Estaconstruidaconmaterialferromagntico.

RotorElrotoreslaPartemvilquegiradentrodelesttor.Elrotoralestarsometidoavariacindeflujocrealafuerzaelectromotrizinducida,porlotantocontieneelsistemainducido.Estformadopor:

Ncleodelinducido:Cilindroconstruidoparareducirlasprdidasmagnticas.Disponederanuraslongitudinalesdondesecolocanlasespirasdelenrollamientodelinducido.

Devanadoinducido:Formadoporespirasquesedistribuyenuniformementeporlasranurasdelncleo.Seconectaalcircuitoexteriordelamquinapormediodelcolectorylasescobillas.

Colector:Cilindrosolidarioalejedelamquinaformadoporsegmentosdecobreolminasaisladaselctricamenteentreellas.Encadalminaseconectaunabobina.Eselencargadoderealizarlaconversindecorrientealternaacorrientecontinua.

Escobillas:Sonpiezasdecarbngrafitoometlicas,queestnencontactoconelcolector.Hacenlaconmutacindelacorrienteinducidaylatransportanenformadecorrientecontinuahaciaelexterior.

Cojinetes:Sirvendesoporteypermitenelgirodelejedelamquina.

EntrehierroElentrehierroeselespaciodeairecomprendidoentreelrotoryelesttor.Suelesernormalmentedeentre1y3milmetros.Elentehierroesimprescindibleparaevitarrozamientosentrelapartefijaylapartemvil.

Detalledelaespiradeunadinamoconloscolectoresdelgas

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LaconmutacinenlasdinamosLaconmutacineslaoperacindetransformacindeunasealalternaaunasealcontinuaytambinseconocecomorectificacindeseal.Lasdinamoshacenestaconmutacinporquetienenquesuministrarcorrientecontinua.

Estaconmutacinenlasdinamosserealizaatravsdelcolectordedelgas.Losanillosdelcolectorestncortadosdebidoaqueporfueradelaespiralacorrientesiempretienequeirenelmismosentido.

Alahoraderealizarestaconmutacinexistendiferentesproblemas.Cuandoelgeneradorfuncionaconunacargaconectadaensusbornes,nosencontramosconunacadadetensininternayunareaccinenelinducido.

Elinducidocrearunflujomagnticoqueseoponealgeneradoporelimn.Aesteefectoseledaelnombredefuerzacontraelectromotriz,quedesplazarelplanoneutro.

Parasolucionaresteproblemasepuedenrealizardiversasmejorascomo:

Desplazamientodelasescobillas:Estemtodocambialasescobillasasunuevaposicincorrigiendoeldesvodelplano,elproblemaesqueelmotorpuedetrabajardesdeel0%desucargatotalal100%,porloqueelplanopuedecambiar.

Polosdeconmutacinoauxiliares:lafuncindeestospolosauxiliaresesladecompensarelflujoproducidoporlasbobinasinducidasycompensarlo.Esunasolucinmuytilyeconmica.

Bobinasdecompensacin:Cuandolosgeneradoressondegranpotencia,lospolosdeconmutacinnosonsuficientes,enestecasousamosbobinasdecompensacin.

Ventajasdelalternadorrespectoaladinamo

Elalternadortienevariasventajasquehacenqueseauntipodemquinamsutilizada,yanosoloelhechodequeproduceelectricidadencorrientealterna,queescomoseconsume,sinoporotrasventajasdeltipoutilizacin.

Lasventajasdelalternadorrespectoaladinamosonlassiguientes:

Enelalternadorelctricosepuedeobtenermayorgamadevelocidaddegiro.Lavelocidaddegiropuedeirdesde500a7.000rpm.Ladinamoaaltasrpmsufreelelcolectorylasescobillaselevadodesgasteysubidadetemperaturas.

Elconjuntorotoryesttorenelalternadoresmuycompacto.

Losalternadoresposeenunsoloelementocomoreguladordetensin.

Losalternadoreselctricossonmsligeros:puedenllegaraserentreun40yun45%menospesadosquelasdinamos,ydeun25aun35%mspequeos.

Elalternadortrabajaenambossentidosdegirosinnecesidaddemodificacin.

Lavidatildelalternadoressuperioraladeladinamo.Estoesdebidoaqueelalternadorelctricoesmsrobustoycompacto,porlaausenciadelcolectorenelinducido,ysoportamejorlasaltastemperaturas.

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Preguntassobregeneradoreselctricos

Qutiposdegeneradoreselctricosexisten?

Paraqusirvencadaunadelaspartesdeungeneradorelctrico?

Cmofuncionaelcircuitodeexcitacindelgenerador?

Aquvelocidadgiraungenerador?