Alternador

El alternador es una máquina que se pone en rotación por un motor y después de la rotación genera una tensión alterna sinusoidal en sus bobinados de salida. El alternador se utiliza por lo general en los sistemas de transporte para la recarga de las baterías. El alternador también se llama máquina sincrónica por el hecho de que la velocidad a la que la rueda debe ser coherente y sincronizada de acuerdo con la frecuencia de la red eléctrica a la que está conectado, la red que tiene la frecuencia de 50 Hz.

En particular, entre la frecuencia y la velocidad existe la siguiente relación:

donde f es la frecuencia medida en Hz, n es el número de revoluciones del rotor logrado en un minuto.

Esta fórmula es válida cuando el rotor sólo hay un polo norte y un polo sur, es decir, sólo hay un par de polos.

detalles de construcción de la máquina síncrona

La parte fija del alternador se llama el estátor ; la parte que gira se llama el rotor.

En el rotor hay de los devanados que se alimentan con una tensión de corriente continua; esta tensión de corriente continua puede ser suministrada o desde una batería externa o de una dinamo enchavetada (fijo) en el mismo eje del rotor.

Los devanados del rotor están conectados al generador de tensión continua por medio de un colector de anillos, que consiste en dos anillos de cobre en el cual la presión de las escobillas de grafito, que es un material conductor que se autolubricar; los escobillas son estacionarios y están conectados al generador de tensión; tener el propósito de alimentar el rotor.

El devanado del rotor también se dice devanado de excitación, ya que genera un campo magnético.

En el estátor hay otros arrollamientos que no son alimentados, pero las cabezas de estos arrollamientos se genera una fuerza electromotriz inducida, debida a la ley de Faraday. Esta fuerza electromotriz se utiliza entonces para alimentar un usuario.

Si en el estátor hay tres devanados separados y dispuestos de modo que forman entre ellos ángulos de mecánica cada valor de 120°, también las tensiones alternadas que se generan en estos tres devanados están fuera de fase entre sí por un ángulo igual a 120°.

Una forma de representar las tensiones se dice de los vectores rotatorios. En nuestro caso, un vector es para representar una tensión que tiene un valor de dicho módulo, y está representada por un segmento a lo largo de un cierto valor, de acuerdo a la escala de las tensiones que es elegido, se caracteriza por la dirección en la que se encuentra el segmento, y finalmente se caracteriza por una dirección, indicada por una flecha.

Si tenemos en cuenta, en lugar de los dos vectores y representamos a ellos de esta manera:

Si tenemos en cuenta que tanto los dos vectores no son estacionarios, pero giran en torno al origen con una velocidad constante, se puede decir no sólo que los dos vectores están en fase de cambios de 90 grados, es decir, formando un ángulo de 90°, pero también podemos decir que el vector E₂ precede al vector E₁ y, a continuación, E₂ se desplaza en fase en avance de 90° con respecto al vector E₁.

En nuestro alternador las tensiones alternas que se generan en estos tres devanados están fuera de fase entre sí por un ángulo igual a 120°.

Dado que las tensiones generadas son tres, el sistema de las tres tensiones, igual en magnitud, pero fuera de fase uno con el otro en un ángulo de 120° se dice sistema trifásico de tensiones.

En el sistema de tres fases suministrado por Endesa ( Empresa Nacional de Electricidad Sociedad Anónima )  los valores de las tensiones trifásicas son igual a 400 V  de valor activo.

En el alternador, una vez construida, la diferencia de fase entre las tensiones generadas se mantiene constante; también la velocidad de rotación del rotor debe ser perfectamente constante, de manera que la frecuencia se mantiene constante a 50 Hz

En efecto:

donde f es la frecuencia de la tensión alterna sinusoidal y n es el número de revoluciones por minuto del rotor.

Lo único que podemos cambiar es el valor de la tensión de lo que sale de la cabeza de los tres bobinados del estátor.

Con el fin de cambiar la tensión del estátor puede actuar sobre el devanado de excitación, es decir, en el devanado del rotor; en particular mediante el aumento de la tensión en el rotor aumenta también la tensión alterna recogida en el estátor. De hecho, es válida, la siguiente característica de la máquina síncrona utilizada como un alternador:

Esta característica se denomina de vacío porque es válida cuando no hay carga, es decir, cuando el usuario se encuentra. Esta característica nos dice que el aumento de la corriente de excitación del rotor también aumenta el tensión alterna extraíble dal estátor .

En la presencia de carga  la tensión  cae con el incremento de la carga, si la carga es resistiva o inductiva; Si, en cambio, la carga es capacitiva, la tensión en carga resulta ser mayor que en el vacío.

Para calcular el rendimiento podemos hacer la relación entre la potencia útil P_e, que  es la que se entrega y la potencia absorbida P_a, que es la mecánica proporcionada por el motor mecánico que gira el rotor.

La potencia absorbida se puede calcular como la suma de la potencia de salida y la pérdida de potencia, a saber:

P_a = P_e + P_p

La potencia  perdida  P_p es debida tanto a la fricción mecánica en el eje del rotor, tanto las pérdidas debidas a calentamiento en el alambre de cobre por el efecto Joule, tanto las pérdidas magnéticas debido a los flujos dispersos, y tanto las pérdidas debidas a equipo adicional, a saber, los sistemas de refrigeración y el generador de tensión que alimenta el devanado de excitación del rotor.

En conclusión, podemos decir que:

Como valores es entre 90% y 95%.

La potencia nominal del alternador es:

P = V I

Se mide en VA (Volt-Ampere).

Motor sincróno

La máquina síncrona es una máquina reversible en el sentido de que si vamos a alimentar el estator con un sistema trifásico de tensiones alternas, y alimentar el rotor con una tensión continua, el motor gira a una velocidad constante, incluso si aumenta la carga; que no ralentiza como los comunes motores que aumenta la carga.

De hecho, su velocidad es, en el caso de un solo par polar:

n = 60 f

donde n es el número de revoluciones por minuto, mientras que f es la frecuencia. Puesto que la frecuencia es la de la red y se mantiene constante a 50 Hz, la velocidad permanece constante, y para ello, el motor se dice síncrono, es decir, siempre mantiene la velocidad de sincronismo.

Un inconveniente del motor síncrono es la incapacidad para arrancar desde sólo, ya que no tienen un par motor de entrada, es decir, el par de torsión requerido para arrancar el motor desde parado; para los cuales requiere un motor de arranque, que se retira una vez que el motor síncrono ha alcanzado la velocidad síncrona.

Prof. Pietro De Paolis

2014

Curso de Electrónica

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