GENERADOR-SINCRONO.docx

FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

GENERADORES SÍNCRONOS INFORME 06

CURSO

: Turbomáquinas

DOCENTE : Ingeniero Garcia Perez, Mario Alberto ALUMNOS :

Espinoza Villanueva, Diego Enrique (1021009) Flores Esteban, Wilmer

FECHA

: 01 de Diciembre de 2014

INIDICE RESUMEN……………………………………………………………………………3 RESUMEN……………………………………………………………………………3 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………….4 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………….4 OBJETIVOS…………………………………………………………………….….…4 OBJETIVOS…………………………………………………………………….….…4 MARCO TEORICO DEFINICIÓN………………………………………………………………….………5 DEFINICIÓN………………………………………………………………….………5 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO……………………………………….…..…6 FUNCIONAMIENTO……………………………………….…..…6 CARACTERISTICAS DE LOS GENERADORES SINCRONOS………………7 SINCRONOS ………………7 CARACTERISTICAS ELÉCTRICAS…………………………………………..…10 ELÉCTRICAS …………………………………………..…10 CONSTRUCCIÓN Y PARTES DE UN GENERADOR SINCRONO………..…11 SINCRONO ………..…11 CLASIFICACION DE LOS GENERADORES……………………………………16 GENERADORES……………………………………16 TIPOS DE GENERADORES SINCRONOS……………………………………..16 SINCRONOS ……………………………………..16 SELECCIÓN DE GENERADORES SINCRONOS……………………………...17 SINCRONOS ……………………………...17 SELECCIÓN DE GENERADORES PARA CENTRALES HIDRALICAS……..18 HIDRALICAS……..18 REGULADOR AUTOMATICO DE VOLTAJE (AVR)……………………………20 (AVR) ……………………………20 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL AVR EN EL GENERADOR LEROY SOMER……………………………………………………………………………….20 SOMER……………………………………………………………………………….20 GENERADORES TRIFÁSICOS DE AC…………………………………………..21 AC…………………………………………..21 MANTENIMIENTO DE LA TURBINA Y EL GENERADOR EN UNA CENTRAL…………………………………………………………………………….22 CENTRAL…………………………………………………………………………….22 CUESTIONARIO……………………………………………………………….……26  APRECIACION CRÍTICA……………………………………………………….….. CRÍTICA……………………………………………………….…..28 28 CONCLUSIONES……………………………………………………………….….. CONCLUSIONES……………………………………………………………….…..28 28 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………..….. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………..…..28 28

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RESUMEN El presente trabajo grupal cuyo tema es de Generadores Síncronos, trata las partes principales que lo componen, su definición, funcionamiento, así como sus características de construcción, mencionando también en detalle los parámetros básicos de su fundamento teórico. También se toca el punto de arreglo de generadores con turbinas, se incluyen muchos gráficos que explican con detalle las partes constructivas del generador asíncrono.

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INTRODUCCIÓN Un generador síncrono es un dispositivo para convertir potencia mecánica de un motor primario en potencia eléctrica CA de voltaje y frecuencia específicos. El término síncrono se refiere al hecho de que la frecuencia eléctrica de esta máquina está sincronizada con su tasa mecánica de rotación de eje. El generador síncrono se utiliza para producir la gran mayoría de potencia eléctrica utilizada en todo el mundo. Los generadores síncronos operan bajo la base de la ley de Faraday, es decir, si el flujo cambiante (proporcionado por el rotor) eslabona una bobina, se induce voltaje.

OBJETIVOS • • •

Describir el generador síncrono. Determinar sus parámetros típicos. Recolectar información académica, técnica y confiable para conocer el funcionamiento, sus características, componentes así como sus aplicaciones de los generadores síncronos.

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GENERADOR SINCRONO O ALTERNADORES 1. DEFINICIÓN: El Generador Síncrono, o también llamado Alternador, es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. Son los encargados de generar la mayor parte de la energía eléctrica consumida en la red, y su respuesta dinámica resulta determinante para la estabilidad del sistema después de una perturbación. Por ello, para simular la respuesta dinámica de un sistema eléctrico es imprescindible modelar adecuadamente los generadores síncronos. Es capaz de convertir energía mecánica en eléctrica cuando opera como generador y energía eléctrica en mecánica cuando operada como motor. La razón por la que se llama generador síncrono es la igualdad entre la frecuencia eléctrica como la frecuencia angular es decir el generador girara a la velocidad del campo magnético a esta igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo. Esta máquina funciona alimentando al rotor o circuito de campo por medio de una batería es decir por este devanado fluirá CC. Mientras q en el estator o circuito de armadura la corriente es alterna CA. Cuando un generador síncrono está sometido a carga, la tensión inducida sufre cambios por lo que se deberá utilizar equipos auxiliares que garanticen una óptima operación del mismo.

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2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: El principio de funcionamiento de un Generador síncrono se basa en la  ley de Faraday. Para crear tensión inducida en el circuito de armadura (estator), debemos crear un campo magnético en el rotor o circuito de campo, esto lo lograremos alimentado el rotor con una batería, este campo magnético inducirá una tensión en el devanado de armadura por lo que tendremos una corriente alterna fluyendo a través de él.  Al operar como generador, la es suministrada a la máquina por la aplicación de un torque y por la rotación del eje de la misma, una fuente de energía mecánica puede ser, por ejemplo, una turbina hidráulica, a gas o a vapor.  Una vez estando el generador conectado a la red eléctrica, su rotación es dictada por la frecuencia de la red, pues la frecuencia de la tensión trifásica depende directamente de la velocidad de la máquina. Para que la máquina síncrona sea capaz de efectivamente convertir energía mecánica aplicada a su eje, es necesario que el enrollamiento de campo localizado en el rotor de la máquina sea alimentado por una fuente de tensión continua de forma que al girar el campo magnético generado por los polos del rotor tengan un movimiento relativo a los conductores de los enrollamientos del estator. Debido a ese movimiento relativo entre el campo magnético de los polos del rotor, la intensidad del campo magnético que atraviesa los enrollamientos del estator irá a variar el tiempo,  y así tendremos por la ley de Faraday una inducción de tensiones en las terminales de los enrollamientos del estator. Debido a distribución y disposición espacial del conjunto de enrollamientos del estator, las tensiones inducidas en sus terminales serán alternas senoidales trifásicas. La corriente eléctrica utilizada para alimentar el campo es denominada corriente de excitación. Cuando el generador está funcionando aisladamente de un sistema eléctrico (o sea, está en una isla de  potencia), la excitación del campo irá a controlar la tensión eléctrica generada. Cuando el generador está conectado a un sistema eléctrico que posee diversos generadores interligados, la excitación del campo irá a controlar la potencia reactiva generada.

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3. CARACTERISTICAS DE LOS GENERADORES SINCRONOS 3.1 Tensiones nominales: En la tabla que sigue a continuación se expresa las tensiones nominales del régimen y las correspondientes tensiones nominales de los generadores. En todos los casos, el valor de la tensión nominal del generador se elige un 5% más elevada que la tensión del régimen de la red, con objeto de poder compensar e la parte de caída de tensión hasta el consumidor.  Actualmente para grandes potencias, existe la tendencia de elevar las tensiones nominales de los generadores. Debido a mucho material aislante, el precio de los generadores resulta muy elevado. Sin embargo, en ciertas circunstancias puede resultar económico prever estas elevadas tensiones de funcionamiento de los generadores; por ejemplo, en el caso de la red de alta tensión de una gran ciudad, alimentada directamente a 20 kV con un generador 7

a esa misma tensión, ya que entonces se puede prescindir de los transformadores en la central.

Tabla Nº 1 tensiones nominales de los generadores trifásicos síncronos

3.2 Velocidades Nominales: Las velocidades normales de los generadores síncronos vienen determinadas por la velocidad de la maquina motriz y por la frecuencia, en función al número de polos, de acuerdo con la siguiente expresión.

Donde f es la frecuencia de la red en Hertzios y p número de polos.

3.3 Potencia de los Generadores: En función a sus dimensiones, la potencia de los generadores trifásicos síncronos, viene expresada por la siguiente formula aproximada.

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d = diámetro interior del estator en cm. l = longitud del hierro del estator en cm. n = velocidad de rotación en RPM. Por lo tanto, para una velocidad dada, la potencia máxima está fijada por los valores de l y de d. El diámetro d está determinado por el valor máximo de la velocidad periférica y la longitud l, por consideraciones de orden mecánico y por la necesidad de una eficiente refrigeración

3.4 Velocidad de Embalamiento: Si el par resistente opuesto al par motor de la máquina motriz, se anula, sin que intervengan los órganos de regulación, la velocidad aumenta hasta un valor máximo denominado velocidad de embalamiento y, también, velocidad de fuga. Se denomina coeficiente de embalamiento a la relación entre la velocidad de fuga y la velocidad nominal, es decir:

Esta relación tiene gran importancia para la determinación de la potencia máxima de un generador:

Y, también, para calcular el dimensionado de un generador dada una determinada potencia. Según el tipo de máquina motriz, el valor de k tiene diferentes valores. El conocimiento del coeficiente k tiene, sobre todo, un valor decisivo en la determinación de las características constructivas de los generadores accionados por turbinas hidráulicas, pues estas últimas máquinas tienen la 9

particularidad de que su velocidad aumenta considerablemente cuando se descargan.

3.5 Momento De Inercia: El momento de inercia está definido por la siguiente relación.

M = masa de las piezas en movimiento en kilogramo. R = radio del rotor en m. G = peso de las piezas en movimientos en newton. D = diámetro del rotor en m. g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/ seg 2 Esta magnitud tiene una influencia preponderante en la determinación del diámetro del rotor, así en el peso de la máquina.

4. CARACTERISTICAS ELÉCTRICAS Las características eléctricas de los generadores síncronos para centrales eléctricas dependen de la función atribuida a la central, en lo que a potencia activa y reactiva se refiere. Estos generadores deben suministrar la potencia activa y la potencia reactiva de la red, de ahí la exigencia que se imponía a los mismos de poder proporcionar la potencia nominal con un factor de potencia de 0.7.  Actualmente, a los generadores de las centrales eléctricas se les fija la potencia nominal para un factor de potencia de 0.8 y en las grandes unidades se llega a valores que no bajan de 0.9.

4.1 Sobrecarga: Según las normas VDE-530 los alternadores síncronos deben abastecer 1.5 veces la carga nominal durante 15 segundos. En este caso a través del sistema de regulación se debe mantener la tensión muy próxima a la nominal. Para la utilización a bordo de navíos los alternadores deben abastecer 1.5 veces la corriente nominal durante 2 minutos. 10

4.2 Cortocircuito: La relación de cortocircuito de los generadores para centrales hidráulicas, está comprendida entre 0.8 y 1.1 en los de velocidad elevada y entre 1.1 y 1.3 en los de baja velocidad. Para la relación de cortocircuito de los turbogeneradores se adoptan, en general, valores bajos, comprendidos entre 0.5 y 0.6, con tendencia a reducir este valor aún más, hacia el límite de 0.4. Debe tenerse en cuenta que la influencia de la relación de cortocircuito sobre el dimensionado de la máquina, es bastante importante. En efecto, para un diámetro de rotor dado, la reducción del valor de esta relación significa una reducción sensiblemente proporcional de la longitud útil del hierro lo que representa un menor peso del generador y, por consiguiente, una mayor economía de adquisición, montaje, etc.

4.3 Rendimiento: El rendimiento de los generadores modernos es elevado y a plena carga, alcanza, según el tamaño de la máquina, de 0,94 a 0,98 correspondiendo los valores mayores a las máquinas de gran potencia. La dependencia entre el rendimiento y la carga puede deducirse de los siguientes datos, que corresponden a un generador de 20 MVA, y un factor de potencia de 0,8

5. CONSTRUCCIÓN Y PARTES DE UN GENERADOR SINCRONO Dos términos que se utilizan comúnmente para describir los devanados de una máquina son devanados de campo y devanados del inducido. En general, el término “devanados de campo” se aplica a los devanados que producen el campo magnético principal en la máquina y el término “devanados del inducido” se aplica a los devanados donde se induce el voltaje principal. El rotor de un generador síncrono es en esencia un electroimán grande. Los polos magnéticos en el rotor pueden ser tanto salientes como no salientes. El término salientes significa proyectado hacia “afuera” o “prominente”, por lo tanto un polo saliente mostrado en la figura es un polo magnético proyectado hacia fuera de la superficie del rotor. Por otro lado, un polo no saliente mostrado en la Figura 14, es un polo magnético construido al mismo nivel de la superficie del rotor (cilíndrico). Por lo regular, los rotores de polos no salientes (cilíndricos) se utiliza para sistemas de altas velocidades (pocos polos 2 ó 4), 3600 ó 1800 rev/min para frecuencia de la red de 60Hz; 3000 o 1500 rev/min para frecuencias de 50 Hz, mientras los rotores de polos salientes se utiliza en medias y bajas velocidades (muchos polos de 4 a 12 o más).

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Un ejemplo son las centrales térmicas (turboalternadores), se caracterizan porque las turbinas de vapor o gas desarrollan grandes velocidades y en consecuencia el rotor es cilíndrico (o no saliente); mientras que las centrales hidroeléctricas son de poca velocidad y los rotores de los alternadores son de polos salientes. Debido a que el rotor está sujeto a campos magnéticos variables, este se construye con láminas delgadas para reducir las pérdidas por corrientes parásitas. Se debe suministrar una corriente CD al circuito del campo del rotor. Puesto que el rotor está girando, se requiere de un arreglo especial para que la potencia CD llegue a los devanados de campo. Existen dos formas comunes de suministrar esta potencia CD:

1. Suministrar al rotor la potencia CD desde una fuente externa cd por medio de anillos rozantes y escobillas. 2. Suministrar la potencia cd desde una fuente de potencia CD especial montada directamente en el eje del generador síncrono (Excitatriz). Los anillos rozantes y las escobillas causan ciertos problemas cuando se utilizan para suministrar potencia cd a los devanados de campo de una máquina síncrona; incrementan la necesidad de mantenimiento que requiere la máquina debido a que el desgaste de las escobillas debe ser revisado regularmente. Además la caída de voltaje en las escobillas puede ser la causa de pérdidas significativas de potencia en las máquinas que tienen corrientes de campo más grandes. A pesar de esto los anillos rozantes y las escobillas se utilizan en todas las máquinas síncronas pequeñas, ya que no hay otro método para suministrar corriente de campo cd que sea más económico. En los generadores y motores más grandes se utilizan excitadores o excitatrices sin escobillas para suministrar a la máquina corriente de campo CD. Algunos generadores síncronos que incluyen este tipo de excitadores, también tienen anillos rozantes y escobillas, por si la excitatriz falla, puede ser reemplazada provisionalmente por una fuente auxiliar de corriente de campo CD. Las partes más importantes de una máquina síncrona funcionando como generador o motor son: • • •

Estator Rotor Jaula Amortiguadora 12

ESTATOR Carcasa o caja metálica: Se encuentra en el estator, el cual está constituido por un conjunto de láminas provistas de ranuras en las que se colocan los aislamientos para recibir los conductores de las bobinas del inducido. Su función es la protección de las componentes internas contra agentes del medio ambiente (polvo, vapor partículas en suspensión y objetos metálicos), además de ser un sistema de soporte del núcleo magnético y del devanado del inducido. Algunos tipos de carcazas son mostradas en la figuras.

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Núcleo de armadura Es un conjunto de laminaciones de acero al silicio. Generalmente el espesor es de 0.25 a 0.40 mm. El núcleo de armadura se fija a la carcasa, por las salientes de la laminación en forma de cola de paloma. Las ranuras del núcleo de armadura pueden ser axiales ó sesgadas; las ranuras sesgadas reducen el efecto de pulsación del flujo magnético y de las armónicas en el voltaje inducido. El núcleo de armadura se muestra en las figuras.

ROTOR Flecha: Es la parte del rotor que soporta los elementos de giro.

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Rodamientos: En máquinas de capacidad baja se utilizan frecuentemente rodamientos de bolas y rodillos prelubricados. En chumaceras de generadores de capacidad grande se emplea colchón de aceite a presión para reducir las pérdidas por fricción. Los rodamientos se muestran en la figura.

JAULA AMORTIGUADORA Es un componente especial útil en el caso desequilibrado o en servicio en paralelo de alternadores. Se unen las piezas polares macizas en ambos lados frontales con un anillo de cobre, formando una jaula. En el caso de polos de chapas, se introduce en las piezas polares, unas barras conductoras adicionales que se unen igualmente con un anillo de cobre, En el caso de motores síncronos, esta jaula es importante en el momento de arranque. La jaula amortiguadora se muestra en la figura .

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6. Clasificación de los generadores: Los generadores eléctricos como dispositivos de transformación de energía se dividen en dos grupos importantes.

1. Los dispositivos de índole primario 2. Los dispositivos de origen secundario. En el primer caso, se trata de aquellos que pueden convertir en energía eléctrica toda esa energía que se corresponde con otra naturaleza que reciben o las cuales tienen ya de por sí en su constitución en primer lugar. En el segundo caso, estamos hablando de aquellos que entregan una parte de la energía que recibieron anteriormente.

7. TIPOS DE GENERADORES SINCRONOS Por su tipo de construcción, las generadores síncronos se clasifican en: Campo giratorio y armadura giratoria. Un generador síncrono de campo rotatorio tiene una armadura estacionaria llamada estator y el campo inductor se encuentra en el rotor. El devanado trifásico del estator está conectado directamente a la carga, lo cual tiene la ventaja de no tener que pasar por grandes anillos colectores y escobillas. Una armadura estacionaria facilita también el aislamiento de los devanados porque no están sujetos a fuerzas centrífugas. Por otro lado, el de armadura giratoria posee su campo magnético inductor en el estator; sin embargo, es muy poco usado y solamente existen casos en máquinas de baja potencia. Para los generadores síncronos de campo giratorio se pueden clasificar, a su vez, por el tipo de rotor: De polos salientes y de rotor cilíndrico.

1. De polos salientes: Se utilizan en rotores de cuatro a más polos, por lo tanto, estará sometido a bajas velocidades. Se usa en la mayoría de las máquinas con generadores impulsados por motor con clasificaciones de 20 kVA a más. Los rotores de polos salientes son definidos como superficies de polo en saliente de la superficie del rotor. Los devanados generalmente se enrollan alrededor de estos polos. Se emplean más en turbinas hidráulicas.

2. Rotor cilíndrico: Se utilizan en rotores de dos a cuatro polos, por lo tanto, estará sometido a altas velocidades. También se le conocen como rotores de polos lisos, debido a que un polo magnético está construido al mismo nivel de la superficie del rotor. Se emplean más en turbinas de vapor grandes y turbinas de gas.

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Tipos de Rodete

Rotor de polos salientes (izquierda) y rotor cilíndrico (derecha)

8. SELECCIÓN DE GENERADORES SINCRONOS La constitución de los generadores trifásicos que se emplean en las centrales eléctricas se rige por el número de vueltas de su maquinas motrices. Los alternadores acoplados a turbinas hidráulicas se constituyen por velocidades muy distintas, según la potencia, altura y salto de la turbina. Hasta la velocidad de 750 rpm el rotor es de tipo polos salientes y por lo general de eje vertical, salvo en las velocidades altas con turbinas Pelton, en que se dispone de eje horizontal. Para velocidades de 750 rpm y superiores, el rotor es de tipo cilíndrico y de eje horizontal. Cuando hablamos de las características nominales, lo principal es la potencia nominal que un alternador puede entregar, dentro de sus características nominales y en régimen continuo. Este concepto, de potencia nominal, está íntimamente ligado a la elevación de temperatura de los arrollamientos. Sabemos que el alternador puede accionar cargas que están por encima de su potencia nominal hasta alcanzar el límite de estabilidad.

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Si los alternadores entregan una potencia mayor de la que fue proyectado en este caso el calentamiento normal de los arrollamientos será sobrepasado disminuyendo la vida del alternador o en muchos casos llegando a quemarse. Para poder seleccionar adecuadamente los alternadores es conveniente tener en cuenta las características de funcionamiento en forma clara, precisa y correcta: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

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Potencia nominal KVA. Factor de potencia Cos fi. Número de polos. Número de fases. Frecuencia (Hz) Temperatura ambiente °C.  Altitud (msnm) Protección térmica. Tensión de armadura (DC Voltios). Tipo de excitación. Sistema sin escobillas. Sistema con excitatriz estática. Régimen de servicio y la descripción del ciclo de trabajo. Grado de protección de la máquina. Tipo de aplicación (industrial, naval, entre otras). Forma constructiva. Características de la carga. Precisión de la regulación. Rango de ajuste de tensión. Tipos de regulación: tensión constante y/o tensión y frecuencia constante. Momento de inercia

9. SELECCIÓN DE GENERADORES PARA CENTRALES HIDRALICAS Características constructivas generales de los generadores para centrales hidráulicas Los parámetros esenciales que definen los generadores para las centrales hidráulicas son: • • •

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Potencia activa (o la potencia aparente y el factor de potencia) La tensión y la reactancia sincronía (o la relación de cortocircuito La velocidad nominal, que resulta de las características de la caída y, hasta cierto punto, de la elección del tipo de turbina. La velocidad de empalamiento, resultante de la elección de la turbina. El momento inercia, resultante de la elección de la turbina. La posición geométrica (eje vertical u horizontal). 18

Todos estos parámetros influyen en la dimensión del generado. Con este a de construirse en función del caudal y de la altura de salto del agua, así como el tipo de turbia elegido. De esta forma nos encontramos con una amplia gama de potencia que, en lo generadores accionados por turbinas Pelton y Kaplan están comprendidos entre 5 MW y 200 MW, y de los generadores accionados por turbinas Francis, se extiende desde 5 MW a 600MW. Las velocidades nominales están comprendidas entre 94 RPM y 750 RPM.

La elección del factor de potencia: Depende de la posición de la central respecto a la red distribuidora y de otros centros de producción; como generalmente la potencia reactiva que han de suministrar los generadores accionados por turbinas hidráulicas es pequeña, el factor de potencia sobrepasa casi siempre el valor de 0.85.

Los procedimientos de refrigeración: De los generadores para centrales hidráulicas, por causa de las menores velocidades de los generadores accionados por turbinas hidráulicas, lo que significa por otro lado, menores pérdidas por unidad de superficie: 0.6 a 0.75 W / cm2 para los grandes generadores de más de 8 polos por unos 4 W / cm2 . Por esta razón, no parece necesario actualmente, excepto en casos excepcionales, recurrir parta la refrigeración de los generadores de centrales hidráulicas, a otros fluidos distintos al aire atmosférico. Cada vez se utiliza más la refrigeración por circuito cerrado con refrigeradores de aire por circulación de agua.

Disposición de los generadores para centrales hidráulicas: En los grupos accionados por turbinas Pelton, con disposición de eje horizontal, el rodete se monta corrientemente en la extremidad del árbol del generador, y solamente para grandes potencias se pueden prever 2 rodetes montados respectivamente en cada extremidad. El grupo se apoya así sobre dos soportes solamente y su longitud es reducida. En los grupos accionados por turbinas Francis, el rodete va montado sobre el extremo del eje del alternador, lo cual exige que uno de los cojinetes del generador soporte el empuje axial de la turbina. El generador lleva entonces un cojinete que resista a la presión axial.

Cuando se trata de grandes potencias: Se adopta generalmente el alternador con eje vertical tanto para turbinas Pelton como para turbinas Francis o Kaplan. 19

10. REGULADOR AUTOMATICO DE VOLTAJE (AVR) Los reguladores automáticos de voltaje (AVR), son unos dispositivos electrónicos que fueron diseñados para mantener la salida de voltaje de corriente alterna (de los generadores trifásicos ac), en valores establecidos, aun cuando la carga aplicada a los generadores sean variables (mayor ò menor). El regulador AVR es alimentado por dos bobinas auxiliares localizadas en el estator

ESQUEMA PICTORICO DE UNA TARJETA AVR MODELO: R438S PARA GENERADOR MARCA LEROY SOMER

Muestra los terminales de una tarjeta MARCA LEROY SOMER

11. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL AVR EN EL GENERADOR LEROY SOMER Una de las bobinas (5A) con características de derivación (entregando un voltaje proporcional al voltaje de salida del alternador); y el otro (5B) con características de serie (entregando un voltaje proporcional a la salida de corriente del alternador).  Al arrancar el magnetismo residual, crea una corriente en la armadura, excitadora (excitatriz (1). Esta corriente es rectificada por los diodos rotatorios (2) y alimenta el campo principal (rueda polar) (3). El voltaje inducido en la bobina auxiliar (5A) (monofásico) es luego usado para incrementar el voltaje de excitación, vía el regulador AVR (6), al campo excitador (7) para asegurar un suministro de salida de voltaje rápido y uniforme en la bobina principal del estator (4).

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El voltaje para el regulador AVR es tomado desde los terminales de salida. En carga, sobrecarga o corto circuito, la bobina auxiliar (5B) proporciona una tensión de excitación adicional (efecto reforzador).

12. GENERADORES TRIFÁSICOS DE AC Vamos a definir, muy resumidamente, varios conceptos fundamentales que se refieren al funcionamiento de los generadores trifásicos síncronos; aunque algunos de estos conceptos ya han sido estudiados, solo veremos cómo deben ser instalados los generadores, para este caso tomaremos como ejemplo un alternador leroy somer. El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. El rotor gira recibiendo un empuje externo desde un motor primo. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio, que genera un sistema trifásico de fuerzas motrices en los devanados estatóricos.

Accesibilidad para regulación y mantenimiento de componentes Para facilitar el acceso a los diodos rotatorios y al regulador de voltaje AVR, se a dejado un espacio adecuado alrededor de los paneles laterales y lumbreras de ingreso de aire para la ventilación. 21

13. MANTENIMIENTO DE LA TURBINA Y EL GENERADOR EN UNA CENTRAL La labor del departamento de mantenimiento, está relacionada muy estrechamente en la prevención de accidentes y lesiones en el trabajador ya que tiene la responsabilidad de mantener en buenas condiciones, la maquinaria y herramienta, equipo de trabajo, lo cual permite un mejor desenvolvimiento y seguridad evitando en parte riesgos en el área laboral.

Objetivos •

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Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados. Evitar detenciones inútiles o paro de máquinas. Evitar accidentes. Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas. Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de operación. Balancear el costo de mantenimiento con el correspondiente al lucro cesante.  Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes.

El mantenimiento adecuado tiende a prolongar la vida útil de los bienes y obtener un rendimiento aceptable de los mismos durante más tiempo y a reducir el número de fallas. Decimos que algo falla cuando deja de brindarnos el servicio que debía darnos o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el bien en cuestión

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1. Turbina: En nuestro medio los tipos de turbinas que se encuentran con frecuencia son: Pelton, Francis y flujo transversal o Michell-Banki. Las turbinas necesitaran poco mantenimiento en la medida en que el agua se mantenga limpia. De ocurrir que algún objeto se incruste en el interior de la turbina, será necesario desmontar los inyectores de la turbina Pelton o retirar la tapa de inspección de las turbinas Francis o Michel Banki y extraer el objeto como comúnmente ocurre en las turbinas Francis, con lo cual se recuperará la potencia de la turbina. El desgaste de los rodetes y elementos directrices del agua ocurren a lo largo del tiempo, por lo que será necesario realizar una inspección anual rigurosa que proporcione información acerca de cual es el avance del desgaste. Esta es la forma más adecuada de controlar el desgaste y tener suficientes criterios para programar una reparación general

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS. El mantenimiento correctivo consiste en restaurar las partes dañadas, es decir, las porosidades, fisuras, irregularidades, desgastes por cavitación, realizándose trabajos puntuales sobre estas zonas. Para recuperar el perfil de las cucharas, será necesario un aporte de soldadura en la totalidad de la superficie interna de las cucharas, con lo cual se recuperará el desgaste uniforme que presenta. Se esmerilará recuperando el perfil hidráulico y los desgastes uniformes que se presentan en toda la superficie.

CONTROLES PREVIOS A REALIZAR. •

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Las pruebas y controles a realizar a los rodetes antes de proceder a su reparación deberán ser los siguientes: Control de medidas de los rodetes. Control por líquidos penetrantes, donde se detectarán las discontinuidades superficiales (porosidades, fisuras, etc.) Control con partículas magnéticas, para l a detección de discontinuidades superficiales y subsuperficiales. Determinación de las zonas de desgaste.

2. Generador: Es necesario realizar frecuentes inspecciones del alternador, debiendo poner especial atención en detectar la presencia de polvo, humedad o grasa en su interior, por los efectos perjudiciales que pueden tener sobre las bobinas del estator y el rotor. Igual atención requieren el estado de las escobillas, el desgaste de los mismos y la limpieza del polvo.

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Estas escobillas deben ser limpiadas cada 1000 horas de funcionamiento. El excesivo chisporroteo en el colector ocurre con frecuencia luego de que el generador ha sido sometido a una reparación general. Esto puede corregirse aflojando el soporte de las escobillas y girando ligeramente en el sentido de rotación del rotor, hasta encontrar la posición adecuada. En los alternadores modernos auto regulados y sin escobillas, la excitatriz trifásica se encuentra dispuesta directamente dentro del armazón del rotor; unos diodos rectificadores se encargan de trasformar la corriente alterna en continua de excitación. Un regulador de voltaje de estado sólido se encarga de que, cuando varié la carga, la tensión de salida no varié en más de 2%. La limpieza de los bobinados puede realizarse introduciendo a presión un solvente dieléctrico. Esta maniobra debe ser realizada por una persona capacitada en este tipo de acciones. Hay que tener en cuenta que cuando no se indica el tiempo de recambio de los rodamientos, se puede considerar como una referencia límite entre 30000 y 50000 horas de funcionamiento. El engrase se puede realizar cada 300 horas y el recambio de grasa cada 3000 horas, se recomienda no exceder estos límites. El bobinado puede soportar temperaturas de 155 ºC. Los diodos rectificadores no pueden soportar temperaturas mayores a 60 ºC, por lo que es conveniente el uso de disipadores de calor al soldar terminales o cables en el momento de cambiarlos. La grasa de los cojinetes se diluye por encima de 60 ºC. Un borne flojo se convierte en una alta resistencia, lo que puede ser causa de un quemado del bobinado de fases. Cuando se tenga bajos valores de aislamiento por humedad en el estator de los alternadores autorregulados, se hará circular una corriente igual al 20 % de la corriente nominal del bobinado estatórico (resistencia del bobinado = 0,5 ohm) para lo cual habrá que conectar una batería por el lapso de una hora y una resistencia de 2 ohm en serie.

Circuito de ventilación Es recomendable que no esté restringida la circulación del aire refrigerante, por obturación parcial de las rejillas de aspiración y salida del barro, trapo, hollín, etc. Rodajes Los rodajes son lubricados y sellados de por vida (la vida del rodaje es de 20000 horas ò 3 años). La tolerancia de temperatura del rodaje es: Periódicamente verificar que la temperatura de los rodajes no exceda de 40ºc por encima de la temperatura ambiente. Si fuera más alta, es necesario detener el grupo y proceder a una inspección general.

Ruidos anormales La generación de ruidos normales y vibraciones pueden ser el resultado de desgaste y/o daño del rodaje. Es mejor reemplazarlo para evitar algún riesgo que pueda ocasionar un daño serio en el alternador. El ruido anormal puede ser causado por el desalinea miento. 24

Los alternadores, monofásicos y trifásico, proveen cargas des balanceadas son muy ruidosos y tienen más vibraciones que los alternadores trifásicos con carga balanceada. Igualmente los generadores que son conectados en zigzag son más ruidosos que los alternadores trifásicos con carga balanceada.

14. CUESTIONARIO: 1. ¿DE QUE DEPENDEN QUE UN PAIS ADOPTA 60HZ O 50HZ? Realmente, la determinación de la frecuencia más conveniente vino debida a la necesidad de ir superando los problemas tecnológicos que iban apareciendo en la expansión de la energía eléctrica por todo el mundo. El porqué de 50 Hz en Europa y de 60 Hz en América vino debido única y exclusivamente determinado de la posición de preponderancia de AEG en Europa y de GE en EE.UU., cuyos ingenieros se decantaron en su momento por una u otra.

2. ¿QUE SUCEDE SI UN EQUIPO ELÉCTRICO DISEÑADO PARA UNA FRECUENCIA DE 50HZ ES CONECTADO A UNA CORRIENTE DE 60HZ O VICEVERSA? Lo importante es el voltaje y amperaje si conectas un equipo a otro voltaje se quema. La frecuencia puede variar y al final el equipo no funciona correctamente pero no se malogra. Por ejemplo un tornamesa si lo conectas a 50Hz cuando es para 60 y funcionara más lento y de lo contrario si trabaja con 50hz y se conecta a una frecuencia de 60HZ funcionara más rápido. Los equipos digitales no tienen la tolerancia de los analógicos por lo que es seguro que el clock o frecuencia interna de los integrados no llegue a la velocidad requerida, por lo q tienes repuestas de un estado no definido o con mucho ruido al final no funcionan, pero no se queman.

3. ¿QUE SUCEDE AL GENERADOR CUANDO SE VE EXPUESTO A UNA SOBREALIMENTACIÓN EN SU EJE CUANDO LA TURBINA SE EMBALA? El generador se queda con la señal interna de producción de potencia activa y reactiva, teniendo entonces una tendencia a subir la velocidad-frecuencia y la tensión. De no actuar los reguladores en tiempo y forma la máquina se embala y en los bornes se produce una sobretensión, ambas situaciones son inadmisibles.

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En lo que a tensión se refiere la situación es más grave cuando queda conectada al generador una línea de trasmisión y mucho más aún cuando más alta sea la tensión nominal y longitud. La sobretensión es un aumento de tensión eléctrica, En ciertos casos, que pueden causar graves problemas a los equipos conectados a l a línea, desde un desgaste prematuro hasta incendios o destrucción de los mismos.

4. ¿RELACIÓN ENTRE EL MATERIAL DEL CONDUCTOR ELÉCTRICO Y LA FRECUENCIA DE CORRIENTE? Para el transporte de la energía eléctrica se usa cualquier aleación metálica , así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal empleado universalmente es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos.  Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más ligero, lo que favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.

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15. APRECIACION CRÍTICA: Después de haber analizado y desarrollado el presente trabajo podemos afirmar que dentro de la especialidad de mecánica las generadores síncronos, tienen un lugar preferencial dado su dinámica y funcionalidad, y en consecuencia deben ser estudiadas profundamente.

16. CONCLUSIONES: 

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Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía (hidráulica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada. Los rectificadores instalados en el rotor (diodos rotativos) son los encargados de rectificar la corriente alterna generada en la parte excitatriz, rotativa y aplica la corriente continua a los campos giratorios. El generador síncrono consta de una igualdad entre la frecuencia eléctrica y la frecuencia angular, es decir, el generador girara a la velocidad del campo magnético a esta igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo. El diseño de polos salientes en el estator, es utilizada para generadores de gran potencia, el inducido se encuentra en el estator, y no necesitamos sacar la tensión generada, unicamente ingresar un voltaje mínimo para la excitación del campo. Si la frecuencia varia entonces el número de revoluciones varía de tal manera que la tensión entre los terminales varía respecto a lo proyectado.

17. BIBLIOGRAFIA: http://www.maquinariapro.com/maquinarias/generadores-electricos.html http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctrico http://www.esha.be/fileadmin/esha_files/documents/publications/GUIDES/GUID E_SHP/GUIDE_SHP_ES_02.pdf http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-generador-sincronico-linea-s-manualespanol.pdf “DISEÑO SIMULADOR DE CONTROL ÓPTIMO PARA GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA DE BAJA POTENCIA

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