Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
La construcción de un alternador consta de polos de campo colocados en el dispositivo giratorio de la máquina. Un alternador se compone de dos partes principales: un rotor y un estator. El rotor gira en el estator y los polos de campo se proyectan sobre el cuerpo del rotor del alternador. Los conductores del inducido están alojados en el estator. Se induce un voltaje trifásico alterno representado por aa ‘, bb’, cc ‘en los conductores del inducido, lo que resulta en la generación de energía eléctrica trifásica . Todas las centrales modernas de generación de energía eléctrica utilizan esta tecnología para la generación de energía trifásica y, como resultado, un alternador (también conocido como generador síncrono) se ha convertido en un tema de gran importancia e interés para los ingenieros de energía.
Un alternador es básicamente un tipo de generador de CA. Los polos de campo están hechos para girar a una velocidad síncrona N s = 120 f / P para una generación de energía efectiva . Donde, f significa la frecuencia de la corriente alterna y la P representa el número de polos.
En la construcción más práctica de alternador , se instala con un devanado de inducido estacionario y un campo giratorio, a diferencia del caso del generador de CC, donde la disposición es exactamente opuesta. Esta modificación está hecha para hacer frente a la altísima potencia del orden de unos 100 megavatios producidos en un generador de CA, contrariamente a la de un generador de CC. Para adaptarse a una potencia tan alta, el peso y las dimensiones del conductor, naturalmente, deben aumentarse para un rendimiento óptimo. Por esta razón, es beneficioso reemplazar estos devanados de inducido de alta potencia por devanados de campo de baja potencia, que también son consecuentemente de un peso mucho más ligero, reduciendo así la fuerza centrífuga requerida para girar el rotor y permitiendo límites de velocidad más altos.
Hay principalmente dos tipos de rotores que se utilizan en la construcción de un alternador:
- Tipo de polo saliente.
- Tipo de rotor cilíndrico.
Tipo de polo saliente
El término saliente significa que sobresale o se proyecta. El tipo de rotor de polo saliente se utiliza generalmente para máquinas de baja velocidad que tienen diámetros grandes y longitudes axiales relativamente pequeñas. Los postes, en este caso, están hechos de gruesas secciones de acero laminado remachadas entre sí y unidas a un rotor con la ayuda de una junta.
Un alternador, como se mencionó anteriormente, es principalmente responsable de la generación de energía eléctrica muy alta. Para permitir eso, la entrada mecánica dada a la máquina en términos de par de rotación también debe ser muy alta. Este alto valor de par da como resultado un efecto de oscilación o fluctuación del alternador o generador síncrono. Para evitar que estas oscilaciones vayan más allá de los límites, el devanado del amortiguador se proporciona en las caras de los polos como se muestra en la figura.
Los devanados del amortiguador son básicamente barras de cobre cortocircuitadas en ambos extremos que se colocan en los orificios practicados en el eje del polo. Cuando el alternador se acciona a una velocidad constante, la velocidad relativa del devanado de amortiguación con respecto al campo principal será cero. Pero tan pronto como se aparta de la velocidad síncrona, habrá un movimiento relativo entre el devanado del amortiguador y el campo principal, que siempre gira a la velocidad síncrona. Esta diferencia relativa inducirá la corriente en ellos que ejercerá un par en los polos de campo de tal manera que el alternador volverá a la operación de velocidad síncrona.
La característica sobresaliente de la estructura del campo de polos tiene la siguiente característica especial:
- Tienen un gran diámetro horizontal en comparación con una longitud axial más corta.
- Las piezas polares cubre sólo alrededor de 2 / 3 rd del paso polar.
- Los postes están laminados para reducir la pérdida por corrientes parásitas .
- El motor de tipo polo saliente se usa generalmente para operaciones a baja velocidad de alrededor de 100 a 400 rpm, y se usan en centrales eléctricas con turbinas hidráulicas o motores diesel.
Los alternadores de polos salientes impulsados por turbinas de agua se denominan hidro-alternadores o hidrogeneradores.
Tipo de rotor cilíndrico
El rotor cilíndrico se utiliza generalmente para operaciones de muy alta velocidad y se emplea en alternadores accionados por turbinas de vapor como turbogeneradores. Las máquinas están construidas en una serie de clasificaciones desde 10 MVA hasta más de 1500 MVA. La máquina de tipo rotor cilíndrico tiene una longitud uniforme en todas las direcciones, lo que le da una forma cilíndrica al rotor, lo que proporciona un corte de flujo uniforme en todas las direcciones. El rotor, en este caso, consiste en un cilindro de acero sólido liso, que tiene varias ranuras a lo largo de su periferia exterior para alojar las bobinas de campo.
Los alternadores de rotor cilíndrico generalmente están diseñados para el tipo de 2 polos, lo que proporciona una velocidad muy alta de
O tipo de 4 polos funcionando a una velocidad de
Donde, f es la frecuencia de 50 Hz.
El generador síncrono de rotor cilíndrico no tiene proyecciones que salgan de la superficie del rotor. Más bien, el área polar central está provista de ranuras para albergar los devanados de campo, como podemos ver en el diagrama anterior.
Las bobinas de campo están dispuestas de tal manera alrededor de estos polos que la densidad de flujo es máxima en la línea central polar y disminuye gradualmente a medida que avanzamos hacia la periferia. La máquina de tipo rotor cilíndrico proporciona un mejor equilibrio y un funcionamiento más silencioso junto con menores pérdidas por efecto del viento.
