Generador Ac Trifasico

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INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR CENTRAL TCNICONIVEL TECNOLGICO

1. INTRODUCCION

El generador sncrono est compuesto principalmente de una parte mvil o rotor y de una parte fija o estator, el principio de funcionamiento de un generador sncrono se basa en la ley de Faraday. Para crear tensin inducida en el estator, debemos crear un campo magntico en el rotor o circuito de campo, esto lo lograremos alimentado el rotor con una batera, este campo magntico inducir una tensin en el devanado de armadura por lo que tendremos una corriente alterna fluyendo a travs de l.

Al operar como generador, la energa mecnica es suministrada a la mquina por la aplicacin de un torque y por la rotacin del eje de la misma, una fuente de energa mecnica puede ser, por ejemplo, una turbina hidrulica a gas o a vapor. Una vez estando el generador conectado a la red elctrica su rotacin es dictada por la frecuencia de la red, pues la frecuencia de la tensin trifsica depende directamente de la velocidad de la mquina.

En l actualidad las mquinas de corriente alterna tienen una gran participacin en la vida diaria de la humanidad, en especial los generadores en el rea industrial, debido a su amplio campo de aplicacin y beneficios.

2. HISTORIA DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS

Nicola Tesla, un inventor Serbio-Americano fue quien descubri el principio del campo magntico rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna.l invent el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifsica que da energa al planeta. Sin sus inventos el da de hoy no sera posible la electrificacin que impulsa al crecimiento de la industria y al desarrollo de las comunidades.

El descubrimiento del campo magntico rotatorio producido por las interacciones de corrientes de dos y tres fases en un motor fue uno de sus ms grandes logros y fue la base para la creacin de su motor de induccin y el sistema polifsico de generacin y distribucin de electricidad.Gracias a esto, grandes cantidades de energa elctrica pueden ser generadas y distribuidas eficientemente a lo largo de grandes distancias, desde las plantas generadoras hasta las poblaciones que alimentan. An en estos das se contina utilizando la forma trifsica del sistema polifsico de Tesla para la transmisin de la electricidad, adems la conversin de electricidad en energa mecnica es posible debido a versiones mejoradas de los motores trifsicos de Tesla.

En Mayo de 1885, George Westinghouse, cabeza de la compaa de electricidad Westinghouse compr las patentes del sistema polifsico de generadores, transformadores y motores de corriente alterna de Tesla.En octubre de 1893 la comisin de las cataratas del Niagara otorg a Westinghouse un contrato para construir la planta generadora en las cataratas, la cual sera alimentada por los primeros dos de diez generadores que Tesla dise. Dichos dinamos de 5000 caballos de fuerza fueron los ms grandes construidos hasta el momento. General Electric registr algunas de las patentes de Tesla y recibi un contrato para construir 22 millas de lneas de transmisin hasta Buffalo. Para este proyecto se utiliz el sistema polifsico de Tesla. Los primeros tres generadores de corriente alterna en el Niagara fueron puestos en marcha el 16 de noviembre de 1896.

3. GENERADOR TRIFASICOLos alternadores son generadores de corriente alterna, cuya caracterstica principal es la relacin existente entre su velocidad de giro y la frecuencia de la tensin generada.El alternador trifsico o generador trifsico como su nombre lo indica, tiene tres devanados monofsicos espaciados de modo tal que el voltaje en cualquiera de las fases esta desplazado 120 de las otras dos.

3.1 GENERACIN Y TRANSPORTE DE TENSIN TRIFSICA

Para generar tensiones trifsicas es necesario un alternador con tres devanados iguales pero desfasados 120 en el espacio. Normalmente estos devanados se encuentran en la parte no giratoria de la mquina llamada estator. La variacin de flujo magntico necesaria para generar Fem, se consigue al circular corriente continua por un devanado inductor situado en la parte mvil llamada rotor, que se somete a giro mediante una fuerza motriz exterior (turbina). De esta forma, el campo magntico creado por el devanado rotrico es constante, pero los devanados del estator lo ven variable debido a que el rotor est girando. En la figura podemos ver un alternador elemental de 2 polos, donde las Fems inducidas en cada bobina estatrica son iguales en valor eficaz pero estn desfasadas 120.

La frecuencia de las tensiones inducidas en el alternador depende de:- El nmero de polos del campo magntico.- La velocidad de giro del rotor. Se puede demostrar que la frecuencia responde a la siguiente expresin:

Dnde:- N: velocidad de giro del alternador en rpm.- f: frecuencia en Hz.- P: n de pares de polos del campo magntico.

3.2 PARTES DE UN ALTERNADOR O GENERADOR TRIFASICO Rotor o inductorEl rotor o parte mvil del alternador, es el encargado de crear el campo magntico inductor el cual provoca en el bobinado inducido la corriente elctrica que suministra despus el alternador. El rotor est formado a su vez por un eje o rbol sobre el cual va montado el ncleo magntico formado por dos piezas de acero forjado que llevan unos salientes o dedos entrelazados sin llegar a tocarse, que constituyen los polos del campo magntico inductor. Cada uno de las dos mitades del ncleo llena 6 o 8 salientes. Con lo que se obtiene un campo inductor de 12 o 16 polos.En el interior de los polos, va montada una bobina inductora de hilo de cobre aislado y de muchas espiras, bobinada sobre un carrete material termoplstico.

En uno de los lados del eje, va montada una pieza material termoestable fija al eje del rotor, en la que se encuentran moldeados dos anillos rozantes de cobre, a los cuales se unen los extremos de la bobina inductora. A travs de los anillos, y por medio de dos escobillas de carbn grafiado la bobina recibe la corriente de excitacin generada por el propio alternador a travs del equipo rectificador (autoexcitacin).Este equipo mvil perfectamente equilibrado dinmicamente, para evitar vibraciones, constituye un conjunto extraordinariamente robusto que puede girar a gran velocidad sin peligro alguno, al no tener como dinamo elementos que pueden ser expulsados por efecto de la fuerza centrfuga, como ocurre con el colector y bobinas inducidas.

Estator o inducido

El estator es la parte fija del alternador la que no tiene movimiento y es donde estn alojadas las bobinas inducidas que generan la corriente elctrica. El estator tiene una armazn que est formado por un paquete ensamblado de chapas magnticas de acero suave laminado en forma de corona circular, troqueladas interiormente para formar en su unin las ranuras donde se alojan las bobinas inducidas.

El bobinado que forman los conductores del inducido est constituido generalmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfectamente aislados en las 36 ranuras que forman el estator. Estos tres arrollamientos, o fases del alternador, pueden ir conectados segn el tipo: en estrella o en tringulo, obtenindose de ambas formas una corriente alterna trifsica, a la salida de sus bornes.

3.3 TIPOS DE CONEXIONES Las bobinas de estator de los alternadores trifsicos pueden juntarse en conexiones en ye o delta, como muestra la Figura 2. Con esas conexiones solo salen tres cables del alternador. Esto permite una conexin conveniente a motores trifsicos o transformadores de distribucin. Es necesario usar los transformadores trifsicos o sus equivalentes elctricos con este tipo de sistema.

La conexin en estrella se realiza cuando la tensin nominal de una bobina (fase) se corresponde con la tensin simple del sistema elctrico que se desea obtener.

Conexin estrella

Por el contrario si la tensin nominal de una bobina (fase) coincide con la tensin compuesta del sistema elctrico, se dice que las bobinas o fases estn conectadas en tringulo.

Conexin tringuloPara identificar las tensiones existentes entre las distintas fases y neutro se han establecido los criterios siguientes: La tensin existente entre las fases se denomina tensin compuesta (UC) o tensin de lnea (UL). La tensin existente entre fase y neutro se llama tensin simple (Us) o tensin de fase (UF). La intensidad que recibe cada fase se denomina intensidad simple (IS) o intensidad de fase (IF). La intensidad que parte de cada bobina, hacia el circuito exterior, se denomina intensidad compuesta (IC) o intensidad de lnea (IL).Para las dos conexiones estrella y tringulo los valores de las tensiones e intensidades de lnea y de fase estn relacionadas de la forma presentada en la tabla siguiente:

3.4 DESCRIPCIN DE PARTES CONSTRUCTIVASUn generador y sus partes q las conforman son: anillos rozantes, eje, polos magnticos, carcasa, cojinetes, y diferentes accesorios mecnicos y elctricos aadidos al conjunto principal conformado por el rotor y el estator. Anillos RozantesLa funcin que tienen los anillos rozantes, son poder conectar externamente al circuito elctrico integrado en el rotor.

Polos MagnticosUn imn tiene regiones denominadas "polos magnticos", donde la fuerza de atraccin que ejerce sobre piezas de hierro es considerablemente mayor. Hay solo dos tipos de polos magnticos (denominados polo norte magntico, "N", y polo sur magntico, "S"), y que nunca pueden aislarse

CojinetesUn cojinete en ingeniera es la pieza o conjunto de ellas sobre las que se soporta y gira el rbol transmisor de momento giratorio de una mquina.

EscobillasEste es el caso de los motores o generadores elctricos, donde se debe establecer una conexin de la parte fija de la maquina con las bobinas del rotor. Para realizar esta conexin, se fijan dos anillos en el eje de giro, generalmente de cobre, aislados elctricamente del eje y conectados a los terminales de la bobina rotatoria. Enfrente de los anillos se disponen unos bloques de carbn que, mediante unos resortes, hacen presin sobre ellos estableciendo el contacto elctrico necesario. Estos bloques de carbn se denominan escobillas y los anillos rotatorios reciben el nombre de colector.

RotorEl rotor es el componente que gira (rota) en una mquina elctrica, sea esta en un motor o en un generador elctrico. El rotor est formado por un eje que soporta un juego de bobinas arrolladas sobre un ncleo magntico que gira dentro de un campo magntico creado bien por un imn o por el paso por otro juego de bobinas, arrolladas sobre unas piezas polares, que permanecen estticas y que constituyen lo que se denomina estator de corriente continua o alterna, dependiendo del tipo de mquina que se trate. En mquinas de corriente alterna de mediana y gran potencia, es comn la fabricacin de rotores con lminas de acero elctrico para disminuir las prdidas asociadas a los campos magnticos variables, como las corrientes de Foucault y las producidas por el fenmeno llamado histresis. EstatorEl estator es la parte fija de una mquina rotativa y uno de los dos elementos fundamentales para la transmisin de potencia (siendo el otro su contraparte mvil, el rotor). El trmino aplica principalmente a la construccin de mquinas elctricas y dependiendo de la configuracin de la mquina, el estator puede ser:El alojamiento del circuito magntico del campo en las mquinas de corriente continua. En este caso, el estator interacta con la armadura mvil para producir torque en el eje de la mquina. Su construccin puede ser de imn permanente o de electroimn, en cuyo caso la bobina que lo energiza se denomina devanado de campo.El alojamiento del circuito de armadura en las mquinas de corriente alterna. En este caso, el estator interacta con el campo rotante para producir el torque y su construccin consiste en una estructura hueca con simetra cilndrica, hecha de lminas de acero magntico apiladas, para as reducir las prdidas debidas a la histresis y corriente de Foucault.

BobinadoRecibe el nombre de bobinado el conjunto formado por las bobinas, comprendiendo esta expresin tanto los lados activos que estn colocados en el interior de las ranuras y las cabezas que sirven para unir los lados activos, como los hilos de conexin que unen las bobinas entre s como los que unen estas bobinas con el colector o con la placa de bornes. Ranura de Armadura

Cuando el bobinado es de dos capas, la capa que est en el fondo de la ranura se llama capa inferior, baja o interior y la que se encuentra junto al entrehierro es llamada capa superior, alta o exterior. Los bobinados de mquinas de corriente continua se construyen modernamente en dos capas, mientras que los de corriente alterna son ejecutados tanto en una como en dos capas-

Arrollamientos distribuidosAs como los arrollamientos concentrados son simples bobinas, fciles de concebir, los arrollamientos distribuidos son mucho ms complejos ya que deben cumplir no solamente condiciones elctricas y magnticas, sino tambin constructivas: las bobinas deben ser sencillas de realizar, de colocar y minimizar el uso de los materiales. Los arrollamientos retricos de las mquinas elctricas se conectan a travs de escobillas que puede apoyar sobre anillos rozantes, que son aros conductores, continuos, conectados a los extremos del arrollamiento.

Fig. Anillos rozantes de un rotor.

O sobre un colector, que est formado por segmentos conductores, denominados delgas, aisladas entre si y conectadas a cada bobina. Esto da lugar a dos tipos de arrollamientos distribuidos, los primeros denominados a anillos, o de fases son elctricamente abiertos y pueden estar tanto en el estator como en el rotor; mientras que los segundos, denominados colector, son elctricamente cerrados y utilizan solamente el rotor.

Tipos de RanuraComo ya se dijo las bobinas de los arrollamientos distribuidos, y sus aislaciones, se alojan en ranuras o canaletas ubicadas en la superficie, o muy cerca de ella, del estator o del rotor o en ambas. Las partes magnticas entre las ranuras se denominan dientes. Las ranuras pueden ser abiertas, semi cerradas o cerradas.

Las ranuras abiertas, que poseen sus lados paralelos, se emplean en mquinas de potencia media o grande, por ejemplo ms de 50 kW y en los inducidos a colector, salvo los muy pequeos, de pocos cientos de watt. Cuando las ranuras son abiertas, con sus lados paralelos, y estn ubicadas sobre una estructura cilndrica, los dientes resultan necesariamente trapezoidales, es decir no tienen la misma seccin en toda su altura, lo que debe ser tenido en cuenta al considerar la induccin magntica y la saturacin de los mismos.Las ranuras semi cerradas se emplean en mquinas de menor potencia, que utilizan bobinas formadas por conductores sueltos, los que se colocan individualmente o en pequeos grupos, muchas veces en forma manual y luego se terminan de conformar y de acomodar las cabezas de bobina en la propia mquinas.Las ranuras cerradas, que no necesariamente debe tener una seccin circular como se muestra en la figura, se emplean principalmente en los rotores de las maquinas asincrnicas. Dentro de estas ranuras se colocan barras conductoras, normalmente sin aislacin, que constituyen el arrollamiento rotrico de esas mquinas. Es comn que las mquinas posean distintos tipos de ranuras en el estator y en el rotor, adecundolas a los arrollamientos empleados.

3.5 TIPOS DE BOBINADO Bobinado en anilloEs aquel en el cual las espiras con arrolladas sobre el anillo que constituye la armadura del inducido. Las bobinas solo poseen un lado activo, que es el que se encuentra en el lado exterior y es paralelo al eje de rotacin.

Bobinado en tamborEs aquel en el que los dos lados activos de cada bobina estn colocados en la superficie exterior de la armadura.De esta forma, cada espira dispone de dos conductores activos.

Fig. Bobinado de tambor

3.6 RELACION FRECUENCIA VELOCIDADSi hacemos girar una espira en el interior de un campo magntico, se inducir en cada conductor una fuerza electro motriz inducido de valor:

Siendo el ngulo entre la induccin magntica la velocidad o sentido del movimiento, que vara de 0 a 360 a cada vuelta del conductor.B es la densidad del campo, L la longitud de la espira v es la velocidad de rotacin. Si la espira est formada por un conductor de ida y otro de vuelta, en la espira se induce una f.e.m:

Si la bobina tiene N nmero de espiras entonces tenemos:

Si mantenemos constante la induccin del campo y la velocidad del giro, sindolo tambin el nmero de conductores y la longitud de los mismos, tenemos:

Como puede deducirse de la formula, la f.e.m. resultante tendr forma senoidal.

3.7 EFICIENCIAPrdidas y eficiencia de las mquinas elctricas rotativasComo cualquier mquina, la potencia de salida que ofrecen las mquinas elctricas rotativas es menor que la potencia de alimentacin que se les suministra, potencia suministrada. La diferencia entre la potencia de salida y la suministrada son las prdidas:

La potencia de salida de un generador elctrico es la potencia elctrica que entrega, la potenciatil. La potencia suministrada ototal es lapotencia mecnica de entrada:la potencia mecnica que absorbela mquina para poder generar electricidad.Dentro de una mquina elctrica rotativa, las prdidasms significativas son: Prdidas mecnicas: Causadas por el rozamiento entre las piezas mviles y por la ventilacin o refrigeracin interior de los devanados. Prdidas elctricas o prdidas en el cobre: Se producen en el circuito elctrico y en sus conexiones y son debidas alefecto Joule. Prdidas magnticas o prdidas en el hierro: Dependen de las variaciones que se producen en los campos magnticos y de la frecuencia.As mismo, el cociente entre la potencia de salida (tambin llamada potenciatil) y la potencia suministrada (tambin llamada potencia total o absorbida) es la eficiencia. Esta eficiencia se expresaen tanto por ciento (%):

Por lo tanto, la eficiencia de una mquina elctricadetermina la cantidad de trabajo til que puede producir, a partir de la energa total que consume.

4. DIFERENCIA ENTRE GENERADOR AC Y DC Los generadores de AC pueden tener salidas mucho mayores de las que son posibles con generadores DC En un generador AC el voltaje inducido se transmite directamente a la carga, a travs de anillos rozantes. En un generador DC el conmutador convierte la corriente alterna inducida en corriente continua antes de que esta sea aplicada a la carga.

5. SEMJANZAS ENTRE GENERADOR AC Y DC Ambos producen energa elctrica en base al movimiento (energa mecnica) Ambos generan corriente, ya sea continua o alterna a travs del mismo principio, el principio de la induccin de Faraday. Ambos usan la induccin generada entre un bobinado y un imn.

6. CONCLUSIONESEn la vida prctica podemos encontrar a los generadores en todas partes, cada vez hay ms demanda para su uso y se encuentran en ms tipos de aplicaciones.Es importante conocer su funcionamiento a profundidad, as como conocer cada diferencia y tipo que exista para que como estudiantes previos a ser tecnlogos, estemos en la capacidad de dar soluciones a cualquier tipo de problema que se nos presente.Los generadores de corriente, tienen una amplia gama de usos, si bien las dinamos ya no se los encuentran en muchos usos, como estudiantes debemos conocer cualquier tipo de generador.El mundo funciona con energa, elctrica principalmente y la manera de la obtencin de la misma es mediante estos generadores, as podemos decir que es la base fundamental para cualquier aplicacin y/o funcionamiento de lo que sea.

7. REFERENCIAShttp://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=2&id_sec=1http://www.aficionadosalamecanica.net/alternador-funcionam.htmhttp://html.rincondelvago.com/alternadores-trifasicos.htmlhttp://www.nichese.com/tri-genera.htmlhttp://tecun.com/emdt/121212/RinconTecnico.pdfhttp://es.slideshare.net/pzumbap/generadores-corriente-alternahttp://generadoresdeca.blogspot.com/https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_trif%C3%A1sicohttp://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_3_Sistemas_Trifasicos.pdfhttp://www3.uah.es/vivatacademia/anteriores/n43/docencia.htmhttp://www.sitenordeste.com/DiccionarioES/definicion/diccionario_electricidad/A/Diccionario_el%20saber_spanish%20vocabulary%20(A1).htmhttp://www.fceia.unr.edu.ar/tci/utiles/Apuntes/Cap%2010-2013%20TRIF.pdfhttp://www.atmosferis.com/alternador-trifasico/http://html.rincondelvago.com/alternadores-trifasicos.htmlJUAN CARLOS SIMBAA 8/16SEGUNDO ELECTRNICAFABIAN SALAZAR