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• Jerson Fredy Manrique Atencio

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GENERADOR SINCRONO Los generadores sincrónicos o alternadores son máquinas sincrónicas utilizadas para convertir potencia mecánica en potencia eléctrica ac. Están constituido de una parte móvil (rotor o inductor) y una parte fija (estator o inducido) las cuales están separas por un entrehierro. Características de los generadores síncronos: 

Su salida es usualmente corriente alterna, en algunos casos se emplean rectificadores para obtener una salida de directa.



Las estaciones emplean dos o más generadores en paralelo para suplir las demandas variantes de energía.



Para generadores de alta frecuencia se emplean turbinas de vapor alimentadas por combustibles fósiles o fuentes de energía nuclear.



Para generadores de baja frecuencia se emplean turbinas hidráulicas.

1. CLASIFICACION Según el tipo de rotor del generador: Rotor de polos salientes En el rotor de polos salientes se cuenta con una estructura que alojan a los polos. La forma de la estructura depende principalmente del número de polos, es aplicado en turbinas hidráulicas, las cuales alcanzan velocidades hasta 1200 rpm (Bajas velocidades). Cuentan con un entrehierro no uniforme. Rotor de polos lisos Este tipo de generador se utiliza en centrales térmicas debido a que la eficiencia en turbinas de vapor de gran velocidad es mayor que las turbinas hidráulicas. Poseen un entrehierro uniforme

2. CONSTITUCIÓN ELECTROMECÁNICA

MODELAMIENTO DE GENERADOR SÍNCRONO Circuito monofásico

𝐸𝑎𝑓 = 𝑉 + 𝐼𝐴 𝑅𝐴 + 𝑗𝑋𝑠 𝐼𝐴 Donde 𝐸𝑎𝑓: Tension inducida que depende del flujo y de velocidad sincrona. R A : Resistencia de armadura Xs = Xd + XA = Reactancia sincrona

3. PRINCICPIO DE FUNCIONAMIENTO

En el caso de un generador trifásico se usan tres bobinas igualmente separadas y cada bobina genera una tensión sinusoidal desfasada 120 grados una de la otra. La frecuencia de la tensión inducida en el estator, depende de la velocidad en forma directa; quiere decir que a mayor velocidad del rotor, mayor es la frecuencia de la tensión generada. Para conectar el generador a una red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha red (frecuencia mecánica = frecuencia eléctrica). Conectamos el estator a la carga que se desea alimentar Alimentamos de corriente continua al rotor para que cree un campo magnético fijo. El campo creado por el rotor al girar induce FEM (fuerza electromotriz) en el estator y por lo tanto hace circular corriente en la carga. 4. PRUEBAS PARA LA OBTENCION DE PARAMETROS ELECTRICOS DEL GENERADOR SINCRONO Los parámetros a encontrar, para el generador de polos lisos es la reactancia síncrona, y en los generadores síncronos de polos salientes son la reactancia síncrona en eje directo la reactancia síncrona en el eje de cuadratura. Las pruebas a realizarse están bajo recomendaciones de la IEE Std 115 – 1995 o IEC 60034-4 Prueba de circuito abierto del generador Para llevarlo a cabo se hace girar el generador a su velocidad nominal desconectando todos los terminales de cualquier carga y se coloca la corriente de campo en cero. Entonces incrementamos gradualmente la corriente de campo

en pasos y mediremos el voltaje de los terminales en cada paso durante la prueba. Con los terminales abiertos 𝐼𝐴 = 0 por lo que 𝐸𝐴 es igual a 𝑉∅ . Con esta información será posible elaborar una gráfica de 𝐸𝐴 o 𝑉𝑇 contra 𝐼𝐹 . Este gráfico es llamado característica de circuito abierto (OCC) del generador, que permite encontrar en el generador el voltaje interno generado para una corriente dada.

Logramos identificar lo siguiente al inicio la curva es casi perfectamente lineal hasta observar una saturación a altas corrientes de campo. Dado que el hierro no saturado en el marco de la máquina sincrónica tiene una reluctancia varias veces miles de veces menor que la reluctancia del entrehierro, al principio casi toda la fuerza magnetomotriz se ejerce a través del entrehierro y el incremento en el flujo resultante es lineal. Cuando finalmente se satura el hierro, su reluctancia se incrementa en forma dramática; el flujo se increments mucho más despacio cuando se incrementa la fuerza magnetomotriz. La porción lineal de la OCC se llama línea de entrehierro de la característica.

Prueba de cortocircuito En esta prueba ajustamos la corriente de campo nuevamente en cero y cortocircuitamos los terminales del generador por medio de un grupo de amperímetros. Luego cuando incrementamos la corriente de campo, se mide la corriente del inducido 𝐼𝐴 o la corriente de línea 𝐼𝐿 . La característica de corriente del inducido contra la corriente de campo se llama característica de cortocicuito (SCC)

Esta gráfica nos representa una línea recta. Ya que los terminales están cortocircuitados la corriente del inducido 𝐼𝐴 está dada por 𝐼𝐴 = 𝐼

𝐸𝐴 𝐴 +𝑗𝑋𝑠

Y la magnitud está dada por 𝐼𝐴 =

𝐸𝐴 √𝑅𝐴2 + 𝑋𝑠2

Esta prueba consiste en obtener valores de corriente de armadura debido a la excitación (If) en el rotor cuando se encuentra girando a una velocidad síncrona. Se tomaran datos de la corriente de armadura como máximo 125 % (este valor lo obtiene el fabricante) y mínimo 25 % del valor nominal de corriente de armadura.

5. PÉRDIDAS Y EFICIENCIA El generador síncrono es una máquina que por sí sola no puede generar energía eléctrica por eso necesita una fuente de potencia mecánica, que puede ser un motor primario o una turbina que mantenga la velocidad del generador constante. Toda la potencia mecánica que recibe el generador no puede ser convertida a energía eléctrica, ya que durante este proceso existen perdidas de potencia. La potencia total bajo condiciones de carga que se pierde, es la suma de las pérdidas que se presentan en:     

Pérdidas Pérdidas Pérdidas Pérdidas Pérdidas

en el inducido (Efecto Joule) en el fierro mecánicas por excitación en los accesorios

CONCLUSIONES .Los generadores síncronos otorgan la mayor parte de la energía eléctrica consumida en un SEP además es su único elemento dinámico (Sistema Eléctrico de Potencia). .La frecuencia mecánica y la frecuencia eléctrica deben ser iguales por eso se denominan sincrónicas. En un sistema síncrono hay que aplicar una corriente dc al devanado del rotor. En los generadores síncronos la frecuencia y la velocidad son dependientes.

BIBLIOGRAFIA Antara Ronal. Protocolo de pruebas del generador síncrono. UNI – FIEE. 2000 Murillo Huber. Separatas de Clase de Máquinas Eléctricas II. UNAC – FIEE Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas. Editorial Mc- Graw Hill. 3ra edición. 2003