TIPOS DE GENER ADORES EN CORRIENTE ALTERNA ALTERNA
Tipos de generadores de alterna
Como es lógico, podemos producir la corriente alterna haciendo rotar los imanes o la espira. A la la parte que gira le llamaremos rotor, y a la que permanece estática, estátor. Esto nos permite clasificar los generadores en dos tipos según su configuración física: - eneradores de campo magn!tico estático: "on similares en construcción a los generadores de continua, en este tipo de generadores de alterna la espira rota en un campo magn!tico constante. En los de corriente continua la fuer#a electromotri# se con$ierte de alterna a continua por medio de un conmutador, en nuestro caso, la fem se entrega sin transformar.
- eneradores de campo magn!tico rotati$o: Estos presentan la $enta%a de que como la parte en la que se produce el $olta%e es estática, se puede entregar la corriente directamente del arma#ón a la carga.
En este caso, el estátor consiste en un nucleo de hierro laminado con los arrollamientos su%etos a !l.
&or otro lado, podemos clasificar los generadores según el tipo de corriente alterna que generan. - eneradores monofásicos: &roducen una única corriente que alterna continuamente, conocida como corriente monofásica. Es la configuración más 'ásica,y los generadores que hemos $isto en las figuras anteriores corresponden a este modelo. Aunque la corriente que nos llega a casa es monofásica, eso no quiere decir que sea generada así, ya que como más adelante $eremos para altos $olta%es se adopta el sistema trifásico. Como hemos $isto, el esquema sería el siguiente:
- eneradores 'ifásicos: Como se puede apreciar, el esquema es muy similar, aunque en esta configuración o'tenemos dos diferencias de potencial respecto de la misma masa iguales, pero con un desfase de ()*.
+a $enta%a es e$idente, ya que con un mismo rotor podemos lograr el tra'a%o de dos, pero la configuración del estátor se complica 'astante ya que necesitamos el do'le de pastillas de arrollamientos en !l. "uelen tener ca'les de salida ya que podemos cortocircuitar la masa de con la de A, y o'tenemos la configuración estándar de generador 'ifásico de tres terminales. - eneradores trifásicos: "iguiendo la lógica con la que hemos estudiado el generador 'ifásico, podemos sacar un tercer $olta%e del generador con la siguiente configuración:
anto en configuración estrella como triángulo, tenemos un generador trifásico de cuatro terminales, con los $olta%es inducidos desfasados entre ellos /0)*. Esta configuración es muy equili'rada y ampliamente utili#ada en industria y en el transporte de electricidad en general, sal$o para centrales de poca potencia 1recuencia de la corriente inducida por un generador: Como puede apreciarse tras el estudio, la frecuencia de !sta depende de la $elocidad con la que gire el rotor y del número de polos. A menos $elocidad, menos frecuencia.
TIPOS DE GENERADORES EN CORRIENTE DIRECTA Generadores de Corriente Continua.
+os generadores de corriente continua son las mismas máquinas de corriente continua cuando funcionan como generadores. "on máquinas que producen energía el!ctrica por transformación de la energía mecánica. A su $e# los generadores se clasifican en dinamos y alternadores, según que produ#can corriente continua o alterna, respecti$amente. &osteriormente, ca'e destacar otro tipo de generadores 2no son máquinas3 que transforman la energía química en la el!ctrica como son pilas y acumuladores.
0./ Clasificación de Generadores de Corriente Continua .!.! Generador con e"citación independiente
En este tipo de generador, la tensión en los 'ornes es casi independiente de la carga de la máquina y de su $elocidad, ya que la tensión se puede regular por medio del reóstato de campo, aunque naturalmente, dentro de ciertos límites, porque la e4citación del campo inductor no puede aumentar más allá de lo que permite la saturación. En la 1igura 0 se representa el esquema de cone4iones completo de un generador de corriente continua con e4citación independiente5 se supone que el sentido de giro de la máquina es a derechas lo que, por otro lado, es el que corresponde a casi todas las máquinas motrices. "i hu'iere que cam'iar el sentido de giro, 'astará con cam'iar, las cone4iones del circuito principal.
1igura 0. Esquema de cone4iones de un generador con e4citación independiente +a instalación de un generador de e4citación independiente, comprende lo siguiente: En el circuito principal: 0 'arras generales, una de las cuales se conecta al 'orne positi$o del generador, y la otra al 'orne negati$o. / interruptor 'ipolar principal, para a'rir y cerrar el circuito, que une los 'ornes del generador con las 'arras generales. "e acciona 'ruscamente y nunca de'erá a'rirse estando la máquina 'a%o carga má4ima, porque puede producirse un arco peligroso. 0 fusi'les generales, que tam'i!n podrían estar instalados entre las 'arras generales y el interruptor. / amperímetro para el circuito principal del generador. / $oltímetro para este mismo circuito, que de'e montarse tal como está indicado en la figura, es decir en los 'ornes del interruptor correspondientes al circuito del generador5 de esta forma, se puede medir la tensión en 'ornes de !ste, aunque el interruptor est! desconectado, cosa muy importante. En el circuito del $oltímetro es con$eniente instalar fusi'les para e$itar la formación de cortocircuitos en caso de un contacto e$entual entre los hilos del aparato de medida. En el circuito de e4citación: / reóstato de campo pro$isto de dispositi$o de cortocircuito para cerrar en cortocircuito el circuito de e4citación antes de interrumpirlo5 de esta forma, la e4tracorriente de ruptura que se forma, se cierra y se e4tingue so're el mismo circuito de e4citación, sin producir efectos per%udiciales. / amperímetro para medir la corriente de e4citación. 0 interruptores unipolares no automáticos, antes de las 'arras de e4citación, para aislar la máquina de dichas 'arras, cuando está en reposo. En el circuito de e4citación no de'en instalarse fusi'les porque si llegaran a fundirse, se produciría una e4tracorriente de ruptura muy ele$ada que pondría en peligro la instalación. En caso de ele$adas intensidades, con$iene sustituir el interruptor principal y los fusi'les por un interruptor automático de má4ima intensidad, que sustituye $enta%osamente a dichos elementos, con la $enta%a adicional de reducir la duración de las interrupciones del ser$icio, ya que resulta mucho más rápido $ol$er a cerrar el interruptor que se ha disparado que sustituir uno o los dos fusi'les fundidos. &ara la puesta en marcha, antes que nada se e4cita el generador, para lo cual, se reali#arán las siguientes manio'ras: /. "e intercala todo el reóstato de campo, pero sin llegar a tocar el 'orne de cortocircuito.
0. "e cierran los interruptores unipolares del circuito de e4citación. 6espu!s, se aumenta de forma gradual la $elocidad de la máquina motri# hasta alcan#ar la $elocidad de r!gimen para la que está a%ustado el regulador de la máquina motri#. A medida que crece la $elocidad, crece tam'i!n la tensión indicada en el $oltímetro. "i falta el contador de re$oluciones en la máquina motri#, se regulará su $elocidad por medio del $oltímetro, procurando que la tensión quede algo más 'a%a que la tensión nominal del generador. Ahora ya se puede conectar el generador al circuito e4terior5 pero hay que distinguir dos casos, según que las 'arras est!n sin tensión 2por e%emplo, si el generador tra'a%a independientemente3 o que las 'arras est!n 'a%o tensión 2por e%emplo, si hay 'aterías de acumuladores en el circuito e4terior3. Cuando las 'arras están sin tensión, se acopla el generador, cerrando el interruptor general5 despu!s de una manera gradual, se $a conectando la carga manio'rando al mismo tiempo el reóstato de campo, aumentando gradualmente la corriente de e4citación, para mantener, en lo posi'le, constante la tensión en los 'ornes del generador. Cuando en la red están acopladas 'aterías de acumuladores se cierran primero los interruptores de alimentación de las 'aterías, pero el interruptor general del generador, se cerrará solamente cuando !ste haya alcan#ado una tensión en 'ornes igual a la tensión de las 'arras, para lo que ha de disponerse de un segundo $oltímetro que mida esta tensión o, por lo menos, pro$eer al $oltímetro del generador, del correspondiente conmutador del $oltímetro5 si no se tomase !sta precaución, las 'aterías descargarían so're el generador el cual, funcionando como motor, tendería a arrastrar a la máquina motri#. "i el generador está pro$isto de un interruptor automático de mínima 2lo que es con$eniente, para e$itar que las 'aterías se descarguen so're !l3, es necesario conectarlo antes de la puesta en marcha y desconectarlo cuando la máquina está toda$ía en funcionamiento, antes de la parada de !sta. 6urante el funcionamiento 'a%o carga del generador hay que tener en cuenta que cualquier $ariación en la carga, conduce a una $ariación de la tensión en el generador, que es necesario regular, actuando so're el reóstato de campo. 7ay que tomar en cuenta que intercalando resistencias en dicho reóstato, se disminuye la corriente de e4citación, por lo tanto, tam'i!n la tensión en 'ornes del generador y, como consecuencia se disminuye la corriente principal5 eliminando resistencias del reóstato de campo, se consigue los efectos contrarios. Este reóstato de'e manio'rarse gradualmente, no de forma 'rusca, para e$itar fluctuaciones de tensión en los 'ornes de los aparatos consumidores. Es con$eniente parar la manio'ra del reóstato, cuando la tensión en 'ornes del generador sea algo inferior a la tensión nominal porque los efectos de'idos a las $ariaciones de la resistencia del circuito tardan cierto tiempo en manifestarse5 como consecuencia, la tensión seguirá $ariando algo, a pesar de ha'er terminado la manio'ra. +a carga del generador no ha de superar el límite má4imo para el que ha sido construida la máquina5 por esta ra#ón, de'e instalarse un amperímetro con o'%eto de $igilar
constantemente el estado de carga del generador y, además, como garantía de que la máquina suministra efecti$amente corriente. +a parada se efectúa con los mismos cuidados prescritos para la puesta en marcha. Es muy peligroso a'rir el interruptor general de la máquina cuando !sta se encuentra toda$ía en carga, por la ele$ada e4tracorriente de ruptura que se produciría, lo que ocasionaría chispas en el interruptor y en el colector del generador y una 'rusca $ariación de los esfuer#os mecánicos, lo que puede ocasionar grandes a$erías en los órganos mecánicos. &or lo tanto, resulta esencial descargar la máquina de forma gradual, manio'rando lentamente el reóstato de campo de forma que se intercalen resistencias5 se o'ser$arán las indicaciones del amperímetro y cuando la carga se apro4ime a cero, se a'rirá el interruptor principal de la máquina. Ahora la máquina está descargada pero no dese4citada, es decir, que toda$ía e4iste tensión entre sus 'ornes. &ara dese4citarla, se cierra el circuito de e4citación so're sí mismo y, simultáneamente, se a're su comunicación con una de las 'arras de e4citación, de%ando cerrada la otra comunicación. Esto se o'tiene con el reóstato de campo de 'orne de cortocircuito, lle$ando la palanca hasta el último contacto q. 6espu!s de esto, se a'ren los interruptores unipolares de las 'arras de e4citación, con lo que el circuito de e4citación queda aislado de la alimentación y la máquina queda dese4citada. "e de'e hacer, finalmente, unas o'ser$aciones so're el cam'io del sentido de giro. &uede ocurrir que sea necesario in$ertir el sentido de giro, sin in$ertir la polaridad del generador, por e%emplo, cuando hay acopladas en paralelo, 'aterías de acumuladores, u otros dispositi$os de polaridad o'ligada5 en este caso, ha'rá que in$ertir el sentido de la corriente en el circuito de e4citación, es decir, la polaridad de los conductores que alimentan dicho circuito desde las 'arras de e4citación5 con esto, el generador se desce'ará pero se ce'ará inmediatamente con polaridad contraria. am'i!n con$iene ad$ertir que si se in$ierte el sentido de giro, se tendrá que in$ertir tam'i!n la posición de las esco'illas, si !stas son metálicas, de forma que queden tangentes al colector. En todo caso, es necesario cam'iar la línea de situación de las esco'illas, en el sentido de mo$imiento del generador. El sentido de rotación está indicado por una flecha o por la rotación de la máquina motri# y tam'i!n se puede hallar o'ser$ando el despla#amiento de las esco'illas respecto de la línea neutra, que está dirigido hacia adelante, es decir, en el sentido del mo$imiento del generador. .!. Generador con e"citación en paralelo #s$unt%
El generador con e4citación shunt suministra energía el!ctrica a una tensión apro4imadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con e4citación independiente. Cuando el circuito e4terior está a'ierto, la máquina tiene e4citación má4ima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de e4citación5 por lo tanto, la tensión en 'ornes es má4ima. Cuando el circuito e4terior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la e4citación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. &or
lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se dese4cita automáticamente, de%ando de producir corriente. Esto es una $enta%a so're el generador de e4citación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir gra$es a$erías en la máquina al no e4istir !ste efecto de dese4citación automática. 8especto a los generadores de e4citación independiente, los generadores shunt presentan el incon$eniente de que no pueden e4citarse si no están en mo$imiento, ya que la e4citación procede de la misma máquina. El circuito de e4citación no lle$a fusi'les por las ra#ones ya indicadas en el caso del generador de e4citación independiente5 en este circuito no es necesario un interruptor porque para e4citar la máquina simplemente hay que ponerla en marcha y para dese4citarla no hay más que pararla. El amperímetro en el circuito de e4citación puede tam'i!n suprimirse, aunque resulta con$eniente su instalación para compro'ar si, por alguna a$ería, el generador a'sor'e una corriente de e4citación distinta de la normal. Cuando se dispone permanentemente de tensión en las 'arras especiales generales, muchas $eces se prefiere tomar la corriente de e4citación de !stas 'arras y no de las esco'illas del generador, es decir, si al poner en marcha el generador hay tensión en las 'arras generales, la máquina se comporta como generador de e4citación independiente5 si no hay tensión, como generador shunt. &ara la puesta en marcha, de'e cuidarse de que el interruptor general est! a'ierto y que el reóstato de campo tiene todas las resistencias intercaladas en el circuito. En estas condiciones, se pone en marcha la máquina motri#, aumentando paulatinamente su $elocidad hasta que !ste alcance su $alor nominal, al mismo tiempo, aumenta la corriente de e4citación y, por lo tanto, la tensión en los 'ornes del generador lo que indicará el $oltímetro. "i en la red no e4isten 'aterías de acumuladores, se acopla a ella el generador a una tensión algo inferior a la nominal5 para conseguir esta tensión, se manio'ra el reóstato de campo paulatinamente, quitando resistencias. 9o resulta con$eniente acoplar el generador a la red antes de e4citarlo o a una tensión muy 'a%a, porque si la resistencia e4terior fuese muy 'a%a 2es decir, que la red estu$iese en condiciones pró4imas al cortocircuito3, la corriente de e4citación sería muy pequea e insuficiente para e4citar la máquina. 6e la misma forma que para el caso del generador con e4citación independiente, si en la red hu'iese 'aterías de acumuladores, se cerrará el interruptor general, solamente cuando la tensión en los 'ornes de la máquina sea igual a la tensión de la red. Con$iene atender a que las 'aterías de acumuladores no descarguen so're la máquina, para lo cual es con$eniente que el circuito del generador est! pro$isto de un interruptor de mínima tensión, que de'e montarse tal como se indica en la siguiente figura.
1igura . Esquema de cone4iones de un generador con e4citación shunt e interruptor de mínima tensión. Cuando se necesite detener el generador, se descargará, disminuyendo la e4citación por medio del reóstato de campo teniendo cuidado de que las 'aterías no se descarguen so're el generador y, por lo tanto, manteniendo siempre la tensión nominal. "i no hay 'aterías acopladas a la red, puede disminuirse la $elocidad de la máquina motri#. En cuanto el amperímetro indique una intensidad de corriente nula o casi nula, se a're el interruptor principal, y se detiene la máquina motri#. &or efecto de la inercia, el go'ernador seguirá girando durante algún tiempo y se dese4citará gradualmente5 si hu'iera necesidad de dese4citarlo rápidamente, se a'rirá el circuito de e4citación con las de'idas precauciones y se frenará el $olante de la máquina motri#. +os generadores shunt se recomiendan cuando no haya cam'ios frecuentes y considera'les de carga o 'ien cuando haya elementos compensadores, tales como generadores au4iliares, 'aterías de acumuladores, entre otros. "i e4isten acumuladores como reser$a o para ser$icios au4iliares tam'i!n se recomienda este tipo de generador, ya que la máquina no corre el peligro de que se in$ierta la polaridad del circuito de e4citación5 en efecto, cuando el generador carga la 'atería la corriente tiene el sentido de la flecha de línea continua, y atra$iesa la 'atería desde el polo positi$o al polo negati$o. "i por una causa accidental 2por e%emplo, una p!rdida de $elocidad en el generador3, disminuye la tensión de la máquina y queda inferior a la de la 'atería, la corriente suministrada por la 'atería, atra$iesa la máquina en sentido opuesto, entrando por el 'orne positi$o y saliendo por el negati$o, pero en el circuito de e4citación circula en el mismo sentido de la corriente producida cuando la máquina funciona'a como generador5 en consecuencia, la máquina funciona ahora como motor, y continúa girando en el mismo
sentido que tenía antes, cuando funciona'a como generador. 6e lo dicho, puede deducirse fácilmente, que el generador shunt puede acoplarse en paralelo sin peligro con otros generadores, aún en el caso de que por causa de una a$ería accidental en el regulador de la máquina motri#, un generador sea conducido como motor por otro generador.
1igura ;. Carga de una 'atería de acumuladores con un generador de e4citación shunt En lo que se refiere al cam'io de sentido de giro, es necesario cam'iar las cone4iones del circuito del inducido, porque haci!ndolo así se in$ierte solamente la polaridad del circuito del inducido pero no la del circuito de e4citación, con lo que se e$ita que la máquina se desce'e. 9o de'en tocarse las cone4iones de los polos de conmutación, pero sí el ángulo de descalado de las esco'illas. .!.& Generador con e"citación en serie
+a e4citación de un generador en serie se lle$a a ca'o cuando los de$anados de e4citación y del inducido se conectan en serie y, por lo tanto la corriente que atra$iesa el inducido en este tipo de generador es la misma que la que atra$iesa la e4citación. Este último de$anado, está constituido por pocas espiras con hilo conductor de gran sección, pues la f.e.m. necesaria para producir el campo principal se consigue con fuertes corrientes y pocas espiras.
+a intensidad es la misma para el inducido, la carga y el de$anado de e4citación. &or tanto: < i =
>c = Ei - 28i ? 8e3< = @n -28i ? 8e3< Ec./ +a cur$a de magneti#ación es similar a la de la 1igura , y, en general, se podrá e4presar como:
= f2<3 Ec. 0 eniendo en cuenta la Ec. / y la Ec. 0 se o'tiene: >c = @nf2<3 - 28i ? 8e3< Ec. +a representación de >c frente a <, dada por la Ec. , es la característica de carga del generador, que tiene la forma de la 1igura B, para una $elocidad de giro del rotor constante. En dicha figura se o'ser$a que, en $acío, esto es, 8c = , la intensidad será nula y la pequea tensión se de'erá al magnetismo remanente. A medida que aumenta la intensidad, como consecuencia de la disminución de la resistencia de carga 8c, la tensión aumenta por aumento de f2<3 y por no ser muy grande la caída de tensión 28i ? 8e3<.
&ero llega un momento en que f2<3 no aumenta mucho como consecuencia de la saturación del material ferromagn!tico, y, además, tiene tam'i!n su efecto la caída 28i ? 8e3< y la tensión no aumenta, llegando aun má4imo para luego disminuir hasta cero, quedando el generador en cortocircuito con una intensidad
+a cur$a de la 1igura B puede o'tenerse gráficamente de la cur$a de magneti#ación y de la Ec. . En la 1igura D se representan la cur$a de magneti#ación y la recta correspondiente a 28i ? 8e3<. +a cur$a de tensión >c $iene dada por la separación $ertical de am'as líneas, de la que se deduce cómo inicialmente tiene un $alor >c), para luego ir aumentando hasta un má4imo, y a continuación disminuir hasta cero con una intensidad dada por la intersección de am'as líneas.
+a #ona de funcionamiento de este tipo de generador está comprendida entre un punto pró4imo a AF y el de cortocircuito. En dicha #ona el funcionamiento es esta'le, mientras que en la #ona desde corriente nula hasta el punto GF es inesta'le. En la #ona de funcionamiento la corriente por la carga es prácticamente constante, independientemente del $alor de la resistencia de carga. "e puede considerar entonces al generador con e4citación serie como una fuente de intensidad constante. .!.' Generador con e"citación co(pound
El generador con e4citación compound tiene la propiedad de que puede tra'a%ar a una tensión prácticamente constante, es decir, casi independiente de la carga conectada a la red, de'ido a que por la acción del arrollamiento shunt la corriente de e4citación tiende a disminuir al aumentar la carga, mientras que la acción del arrollamiento serie es contraria, o sea, que la corriente de e4citación tiende a aumentar cuando aumente la carga. Eligiendo con$enientemente am'os arrollamientos puede conseguirse que se equili'ren sus efectos siendo la acción con%unta una tensión constante cualquiera que sea la carga.
compensa esta tendencia. Es decir, que el arrollamiento serie sir$e para regular la tensión del generador, en el caso de que la resistencia e4terior descienda más allá de cierto límite. En la 1igura ( se e4presan las cone4iones completas de un generador compound. +as manio'ras relati$as a la puesta en marcha, parada y regulación de un generador compound, son id!nticas a las estudiadas para un generador shunt.
Hn generador compound no puede utili#arse para cargar 'aterías de acumuladores. En la 1igura /) se o'ser$a que si la contra tensión de la 'atería es mayor que la tensión en 'ornes del generador, la corriente en el circuito tiene el sentido indicado por la flecha de puntos, y por lo tanto, pasa en sentido contrario por la e4citación en serie5 si esta corriente es mayor que la correspondiente al arrollamiento shunt, estando tam'i!n in$ertida la polaridad del inducido, mientras que el sentido de rotación permanece in$aria'le, el generador está en serie con la 'atería lo que facilita la descarga peligrosa.
&ara in$ertir el sentido de giro, sin suprimir el magnetismo remanente, es necesario in$ertir las cone4iones de los dos circuitos de e4citación5 de esta forma, queda in$ertida solamente la polaridad de las esco'illas. El generador compound 2igual que sucedía con el generador de e4citación independiente3, no puede funcionar en cortocircuito porque entonces, la acción del arrollamiento serie puede llegar a ser superior al efecto del arrollamiento shunt, y como consecuencia la corriente en el inducido puede alcan#ar un $alor de dos a tres $eces mayor del normal, con el consiguiente peligro para los arrollamientos de la máquina.
Instituto T)cnico de Capacitación * Producti+idad , INTECAP Curso: Electricidad
ema ipos de eneradores Corriente Alterna y Corriente 6irecta
9om're: Alan Estuardo +u4 Il$are#
8etalhuleu, 0( de 1e'rero del 0)/B
