Generador de Corriente Alterna CURSO:
MÁQUINAS ELÉCTRICAS ALUMNO: ALUMNO: ELMER L. ROJAS R OJAS CACHAY CACHAY ESPECIALIDAD:
ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL INSTRUCTOR:
HENRY GRADOS GRADOS BLOQUE:
EETTE301
“2016”
Componentes de un Generador de Corriente Alterna Los principales componentes de un generador de corriente alterna son los que se muestran a continuación: 1. Estator. 2. Rotor. 3. Sistema de enfriamiento. 4. Excitatriz. . !onmutador.
ESTATOR Los elementos m"s importantes del estator de un generador de corriente alterna# son las siguientes: !omponentes mec"nicas. Sistema de conexión en estrella. • •
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Sistema de conexión en delta.
Componentes mecánicas. Las componentes mec"nicas de un generador son las siguientes: La carcaza. El n$cleo. • •
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Las %o%inas.
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La ca&a de terminales.
Sistema de conexión en estrella. Los de'anados del estator de un generador de !.(. est"n conectados generalmente en estrella# en la siguiente figura )1# )2# )3 representan las terminales de l*nea +al sistema, )4# )# )- son las terminales que unidas forman el neutro.
Sistema de conexión delta. La conexión delta se ace conectando las terminales 1 a -# 2 a 4 / 3 a # las terminales de l*nea se conectan a 1# 2 / 3# con esta conexión se tiene con relación a la conexión estrella# un 'olta&e menor# pero en cam%io se incrementa la corriente de l*nea.
EL ROTOR 0ara producir el campo magntico so%re el rotor se utilizan polos que consisten de paquetes de laminaciones de fierro magntico +para reducir las llamadas corrientes circulantes, con conductores de co%re arrollados alrededor del ierro# estos polos est"n excitados por una corriente directa. Los polos del rotor se arreglan por pares localizados o separados 1. 5esde el punto de 'ista constructi'o# los rotores se constru/en del tipo polos salientes +%a&a 'elocidad, o rotor cil*ndrico +alta 'elocidad,.
encuentran inducen el encuentran monof"sico
En el rotor se alo&adas las %o%inas del de'anado de campo que 'olta&e en el de'anado de armadura# en donde se las %o%inas que determinan si el generador es o trif"sico.
Voltaje de salida monofásico. 6n generador que tiene un
'olta&e de salida monof"sico# se lo denomina generador monofásico. Este 'olta&e de salida se o%tiene con un con&unto de %o%inas de armadura en el estator# si se trata de un generador monof"sico de dos polos7 entonces# se dice que estos polos son 8orte / Sur con conductores que son parte de los conductores de armadura continuos / que llenan las ranuras del estator. Las ranuras est"n separadas mec"nicamente / elctricamente por 1# de modo que cuando el flu&o pro'eniente del polo norte intercepta el lado (+1, del conductor# el flu&o que retoma al polo sur intercepta al lado (+2, del conducto# o%tenindose como resultado la generación de un pico de 'olta&e entre (+1, / (+2,. !uando los polos norte / sur est"n perpendiculares con respecto al plano de los conductores ( +1, / ( +2,# no a/ l*neas de fuerzas que intercepten los conductores /# entonces la diferencia de 'olta&e entre ( +1, / ( +2, es cero. !uando el rotor completa una re'olución +3-, se dice que a completado un ciclo.
El Voltaje Inducido !omo cada parte del l*neas de flu&o que
espira de la %o%ina de la armadura se mue'e de una campo a otra# esla%ona un numero diferente de flu&o# en este cam%io en los esla%onamientos de induce un 'olta&e en el conductor# el 'olta&e m"s
grande se induce en el instante que este cam%io es el ma/or# esto es# el instante en el que el conductor corta el campo en (ngulo recto. En la medida que el rotor gira a una 'elocidad constante# se induce una onda senoidal de 'olta&e# el 'alor de este 'olta&e depende de la 'elocidad del rotor# a ma/or rapidez el 'olta&e es ma/or. El 'alor del 'olta&e depende tam%in de la intensidad del campo magntico# a ma/or intensidad de campo# ma/or 'olta&e
inducido. 0ara un generador trif"sico# se de%en tener tres %o%inas de armadura que est"n desplazadas entre si 12# a cada una de las %o%inas o grupos de %o%inas se los denomina Fase, de manera que se designan tres fases como: Fase A, Fase B y Fase C.
La magnitud del 'olta&e en cada fase se calcula como: Emax = Bm lwr (volts) 5onde 9m: densidad de flu&o m"ximo producido por el campo del rotor# expresado en tesla. l: longitud de am%os lados de %o%ina en el campo magntico m. : 'elocidad angular del rotor +; 2< x frecuencia rad=seg, r: radio de la armadura en m. Las ondas de 'olta&e o%tenidas para cada fase se dan por los
cam%ios en los esla%onamientos de flu&o magnatico# cuando el campo est" directamente opuesto a la %o%ina se da el m"ximo cam%io en los esla%onamientos de flu&o /# el m"ximo 'olta&e inducido se da en ese instante.
Regla de la Mano Derecha para Generadores 0ara determinar la polaridad de un generador# se de%en conocer primero dos direcciones: 1. La dirección (norte a sur) del campo magnético. 2. La dirección en al cual el conductor se está moviendo y como corta al campo. Siempre se pueden determinar direcciones por medio del uso de la regla de la mano dereca para generadores. El dedo pulgar apunta acia arri%a# el *ndice acia la izquierda / el dedo medio acia el cuerpo. El dedo *ndice indica la dirección del flu&o magntico# el dedo pulgar apunta a la dirección en que se mue'e el conductor / el dedo medio indica la dirección del flu&o de corriente.
La operación %"sica de un generador de corriente alterna consiste en una espira de alam%ra que se encuentra li%re para girar en un campo magntico# como se a indicado antes# a la espira de alam%re se le llama armadura / al campo magntico se le llama el campo # la armadura se gira por un elemento que se denomina primomotor # que dependiendo de la fuente primaria de energ*a# aplicación / uso# puede estar accionado por agua# 'apor tur%inas de 'iento o motores a gasolina o disel. La espira de la armadura se conecta a anillos rozantes# que a tra's de las esco%illas se conectan por conductores al exterior# en la medida que la armadura gira# se genera un 'olta&e que se conecta al exterior para alimentar un circuito al cual se conectan las cargas. Los generadores de corriente alterna se conocen tam%in como
Alternadores. 5e la figura anterior# cuando la armadura de un generador de corriente alterna ace una rotación completa a tra's del campo magntico# sucede lo siguiente: !uando la armadura alcanza la posición 2# la espira +armadura, se mue'e en forma perpendicular al campo magntico# por lo tanto# corta el m"ximo n$meros de l*neas por segundo. !uando gira la armadura / pasa la posición 2# el 'olta&e cae cuando /a no est" perpendicular al campo magntico. •
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(l alcanzar la armadura la posición 3# su mo'imiento es otra 'ez paralelo al campo / el 'olta&e de salida 'uel'e a cero. !uando la armadura gira de la posición 3 a la 4# el 'olta&e 'uel'e a alcanzar el 'alor m"ximo. !uando la armadura completa su rotación / posición 4# el 'olta&e cae a cero otra 'ez.
pasa
a
al
El 'olta&e generado se aplica a la carga externa alimentada a tra's de un transformador o ta%leros como se muestra en la
La Forma Como Trabajan los Generadores
0ara estudiar la forma en como con'ierten los generadores la energ*a mec"nica en energ*a elctrica# se puede usar la siguiente figura# que representa un generador elemental# en donde el campo magntico principal 'iene de un par de imanes permanentes. >%sr'ese que la cara del polo norte se encuentre enfrente de la cara del polo sur# la forma cur'ada de los polos produce el campo m"s intenso. La %o%ina de la armadura esta de'anada so%re el rotor# cada extremo de esta %o%ina esta fi&o a su propia %anda met"lica# estas %andas se llaman anillos rozantes / es donde aparece el 'olta&e
generado. 0ara colectar el 'olta&e generado# se de%e tener una tra/ectoria elctrica de los anillos rozantes a las terminales del generador# esto se ace con peque?as piezas met"licas o de car%ón llamadas Escobillas que se encuentran fuertemente fi&as a los anillos rozantes por medio de resortes# en la medida que la %o%ina gira# los conductores cortan el campo magntico# esto produce el 'olta&e inducido en la %o%ina.
Forma de la !e!m! Inducida !uando el electroim"n est" en la posición orizontal de la figura# se produce el corte m"ximo de l*neas de fuerza7 cuando alcanza la posición 'ertical# ninguna l*nea de. @uerza cortar" al conductor7 en posiciones intermedias las l*neas son cortadas o%licuamente# por lo que el 'alor de la f.e.m. inducida disminuir" con respecto al 'alor correspondiente a la posición orizontal / seguir" disminu/endo asta anularse en la posición 'ertical del inductor. (l so%repasar la
posición 'ertical# la f.e.m. comienza a producirse otra 'ez pero en sentido contrario# porque el sentido del desplazamiento del campo con respecto al conductor se in'ierte. En esta forma la fe.m. Ar" aumentando su 'alor asta llegar a la posición orizontal en que alcanza el 'alor m"ximo# / desde donde empieza a disminuir de nue'o# llega a la posición 'ertical in'ertida# se produce una nue'a in'ersión del sentido de la corriente / as* sucesi'amente. 6na fe.m. 5e tales caracter*sticas es precisamente la alternada# por lo que la corriente inducida en la espira tendr" tal car"cter. !omo la espira est" fi&a# sus %ornes terminales sir'en para recoger la corriente sin incon'enientes puesto que no a/ contactos rozantes.
De"anados # Campos en el Generador En la siguiente figura se muestran cuatro tipos de generadores. 0ara generar electricidad se de%e empezar con un campo magntico principal# entonces este campo se de%e cortar por un conductor# el campo principal se puede producir por un imán permanente que puede ser parte del estator# tal cual lo muestra la figura A # o %ien puede ser el rotor como se muestra en la figura B . el campo principal puede ser un campo electromagntico en lugar de un im"n permanente# la %o%ina que lo produce se llama E !EVA"A!# !E CA$%# # o simplemente el campo. El campo se puede de'anar so%re el estator# como se muestra en la figura C o so%re el rotor como lo muestra la figura ! . Los conductores en los que se induce la electricidad# forman el de'anado de la armadura. En los generadores de corriente directa# el de'anado de armadura esta so%re el rotor o parte giratoria7 sin em%argo# en los generadores de corriente alterna para ciertas aplicaciones# el de'anado de armadura est" en la parte estacionaria +estator,.
Generador de Corriente Alternada !"# es "n $enerador% 6n generador el#ctrico es todo dispositi'o capaz de mantener una diferencia de potencial elctrico entre dos de sus
puntos# llamados polos# terminales o %ornes. Los generadores elctricos son m"quinas destinadas a transformar la energ*a mec"nica en elctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magntico so%re los conductores elctricos dispuestos so%re una armadura +denominada tam%in estator,. Si mec"nicamente se produce un mo'imiento relati'o entre los conductores / el campo# se generara una f"er&a electromotri&
[email protected].,. Se clasifican fundamentalmente en: %rimarios& !on'ierten en energ*a elctrica la energ*a de otra naturaleza que reci%en o de la que disponen inicialmente. Sec"ndarios' Entregan una parte de la energ*a elctrica que an reci%ido pre'iamente. •
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rincipio de "ncionamiento El funcionamiento del generador de corriente alterna# se %asa en el principio general de inducción de 'olta&e en un conductor en mo'imiento cuando atra'iesa un campo magntico. Este generador consta de dos partes fundamentales# el inductor# que es el que crea el campo magntico / el inducido que es el conductor el cual es atra'esado por las l*neas de fuerza de dico campo.
"igura 1.# !isposición de elementos en un generador simple
(s*# en el generador mostrado en la @igura 1# el inductor est" constituido por el rotor R# dotado de cuatro piezas magnticas# las que para simplificar son imanes permanentes# cu/a polaridad se indica# / el inducido o estator con %o%inas de alam%re arrolladas en las zapatas polares.
Las cuatro %o%inas aC%# cCd# eCf / gC# arrolladas so%re piezas de una aleación ferromagnticas +zapatas polares, se magnetizan %a&o la acción de los imanes del inductor. 5ado que el inductor est" girando# el campo magntico que act$a so%re las cuatro zapatas cam%ia de sentido cuando el rotor gira D +se cam%ia de polo 8 a polo S,# / su intensidad pasa de un m"ximo# cuando est"n las piezas enfrentadas como en la figura# a un m*nimo cuando los polos 8 / S est"n equidistantes de las piezas de ierro. Son estas 'ariaciones de sentido / de intensidad del campo magntico las que inducir"n en las cuatro %o%inas una diferencia de potencial +'olta&e, que cam%ia de 'alor / de polaridad siguiendo el ritmo del campo. La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales (C9 se o%tiene multiplicando el n$mero de 'ueltas por segundo del inductor por el n$mero de pares de polos del inducido +en nuestro caso 2,# / el 'olta&e generado depender" de la fuerza de los imanes +intensidad del campo,# la cantidad de 'ueltas de alam%re de las %o%inas / de la 'elocidad de rotación. $ara una me%or e&plicación del funcionamiento les de%o este lin' en el cual podrán oservar una aplicación %ava ue nos mostrara el funcionamiento de un generador de corriente elemental.
