En este articulo se da a conocer el principio de funcionamiento, dise ˜no y construcci´on de los generadores s´ıncronos, sus ventajas , desventajas de los mismos, aplicaciones etc. Principalmente en este ensayo se investigo a fondo los principales generadores s´ıncronos como son el generador de polos salientes en el estator, el generador de polos salientes en el rotor, generador de polos lisos y el generador sin escobillas, se dara a conocer sus formas, construcci´on, caracteristicas de dise ˜no etc.

1. 1
Tipos de Dise˜ o de Generadores en C.A.
n
Paul Santiago Salda˜ a Caldas
n
paul ssc@hotmail.com del eje de la misma, una fuente de energ´a mec´ nica puede
ı a
ser, por ejemplo, una turbina hidr´ ulica, a gas o a vapor.
a
psaldana@est.ups.edu.ec Una vez estando el generador conectado a la red el´ ctrica, e
su rotaci´ n es dictada por la frecuencia de la red, pues la
o
Abstract—En este articulo se da a conocer el principio de fun- frecuencia de la tensi´ n trif´ sica depende directamente de la
o a
˜
cionamiento, diseno y construcci´ n de los generadores s´ncronos,
o ı velocidad de la m´ quina. Para que la m´ quina s´ncrona sea
a a ı
sus ventajas , desventajas de los mismos, aplicaciones etc. capaz de efectivamente convertir energ´a mec´ nica aplicada a
ı a
Principalmente en este ensayo se investigo a fondo los principales su eje, es necesario que el enrollamiento de campo localizado
generadores s´ncronos como son el generador de polos salientes
ı
en el estator, el generador de polos salientes en el rotor, generador en el rotor de la m´ quina sea alimentado por una fuente de
a
de polos lisos y el generador sin escobillas, se dara a conocer sus tensi´ n continua de forma que al girar el campo magn´ tico
o e
˜
formas, construcci´ n, caracteristicas de diseno etc.
o generado por los polos del rotor tengan un movimiento relativo
Index Terms—polos, rotor, estator, s´ncrono
ı a los conductores de los enrollamientos del estator. Debido
a ese movimiento relativo entre el campo magn´ tico de e
los polos del rotor, la intensidad del campo magn´ tico que
e
`
I. I NTRODUCCI ON atraviesa los enrollamientos del estator ir´ a variar el tiempo,
a
Los generadores y las maquinas de corriente alterna, y as´ tendremos por la ley de Faraday una inducci´ n de
ı o
cumplen una gran funcion en la vida diaria de todas las tensiones en las terminales de los enrollamientos del estator.
personas en el mundo, tienen un extenso campo de aplica- Debido a distribuci´ n y disposici´ n espacial del conjunto
o o
ciones en la industria, este tipo de maquinas son las m´ s a de enrollamientos del estator, las tensiones inducidas en sus
usadas por las m´ ltiples aplizaciones y ventajas. Una de las
u terminales ser´ n alternas senoidales trif´ sicas. La corriente
a a
principales es generar energ´a el´ ctrica la cual puede ser
ı e el´ ctrica utilizada para alimentar el campo es denominada
e
transportada y convertida en otras formas de energ´a en forma
ı corriente de excitaci´ n. Cuando el generador est´ funcionando
o a
limpia y econ´ mica. La m´ quina sincr´ nica es hoy en dia, el
o a o aisladamente de un sistema el´ ctrico (o sea, est´ en una isla
e a
convertidor utilizado para realizar esta tarea. de potencia), la excitaci´ n del campo ir´ a controlar la tensi´ n
o a o
el´ ctrica generada. Cuando el generador est´ conectado a un
e a
II. M AQUINAS S`NCRONAS
I sistema el´ ctrico que posee diversos generadores interligados,
e
Se puede decir que es un tipo de m´ quina el´ ctrica rotativa
a e la excitaci´ n del campo ir´ a controlar la potencia reactiva
o a
capaz de transformar energ´a mec´ nica en energ´a el´ ctrica.
ı a ı e generada.
Pero su nombre de s´ncrona se debe a la igualdad entre la
ı
frecuencia el´ ctrica como la frecuencia angular es decir el
e
generador girara a la velocidad del campo magn´ tico a esta
e B. Partes de un generador s´ncrono.
ı
igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo.
Con el fin de llegar auna profundizacion en el conocimiento
Pueden ser monofasicas o trif´ sicas, especialmente en apli-
a
se explica las partes fundamentales que componen un gener-
caciones de potencia.
ador s´ncrono, luego se detalla las partes seg´ n el tipo de
ı u
Los generadores s´ncronos funcionan bajo el principio de
ı
generador s´ncrono que sea, pero esta secci´ n se mencionan
ı o
que en un conductor sometido a un campo magn´ tico variable
e
los componentes fundamentales:
crea una tensi´ n el´ ctrica inducida cuya polaridad depende del
o e
sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa. 1) Rotor o Campo del Generador S´ncrono: Es la parte de
ı
la m´ quina que realiza el movimiento rotatorio, constituido
a
de un material envuelto en un enrollamiento llamado de
A. Principio de funcionamiento. ”enrollamiento de campo”, que tiene como funci´ n producir un
o
El principio de funcionamiento de un generador s´ncrono al
ı campo magn´ tico constante as´ como en el caso del generador
e ı
igual que todos los generadores se basa en la ley de Faraday. de corriente continua para interactuar con el campo producido
Para crear tensi´ n inducida en el circuito de armadura (estator),
o por el enrollamiento del estator. La tensi´ n aplicada en ese
o
debemos crear un campo magn´ tico en el rotor o circuito
e enrollamiento es continua y la intensidad de la corriente
de campo, esto lo lograremos alimentado el rotor con una soportada por ese enrollamiento es mucho m´ s peque˜ o que
a n
bater´a o cualquier fuente de tensi´ n continua, este campo
ı o el enrollamiento del estator, adem´ s de eso el rotor puede
a
magn´ tico inducir´ una tensi´ n en el devanado de armadura
e a o contener dos o m´ s enrollamientos, siempre en n´ mero par
a u
por lo que tendremos una corriente alterna fluyendo a trav´ s e y todos conectados en serie siendo que cada enrollamiento
de el. Al operar como generador, la es suministrada a la ser´ responsable por la producci´ n de uno de los polos del
a o
m´ quina por la aplicaci´ n de un torque y por la rotaci´ n
a o o electroim´ n.
a

2. 2
y voltaje constante, si no tienes un regulador autom´ tico de
a
voltaje (llamado AVR en ingles) esto no se puede lograr.
Figure 1. Rotor del Alternador
Figure 3.
2) Estator o Armadura: Parte fija de la m´ quina, montada
a
envuelta del rotor de forma que el mismo pueda girar en su 4) Regulador de Velocidad (Ras):: No se debe de con-
interior, tambi´ n constituido de un material ferromagn´ tico
e e fundir estos dispositivos con los reguladores de tensi´ n de los
o
envuelto en un conjunto de enrollamientos distribuidos al alternadores, pues si bien act´ an al un´sono sobre el grupo,
u ı
largo de su circunferencia. Los enrollamientos del estator son como elementos reguladores que son, sus funciones, aunque
alimentados por un sistema de tensiones alternadas trif´ sicas.
a relacionadas, est´ n perfectamente delimitadas. Seg´ n lo man-
a u
Por el estator circula toda la energ´a el´ ctrica generada, siendo
ı e ifestado hasta el momento, deducimos que todo regulador
que tanto la tensi´ n en cuanto a corriente el´ ctrica que circulan
o e de velocidad es el mecanismo, de distinta ´ndole, destinado
ı
son bastante elevadas en relaci´ n al campo, que tiene como
o a conseguir, en cualquier circunstancia, el equilibrio de los
funci´ n s´ lo producir un campo magn´ tico para ”excitar” la
o o e trabajos motor y resistente presentes en una turbina, mante-
m´ quina de forma que fuera posible la inducci´ n de tensiones
a o niendo, sensiblemente constante, la velocidad de sincronismo
en las terminales de los enrollamientos del estator. La m´ quina
a del grupo ante todas las cargas solicitadas, protegi´ ndole,
e
s´ncrona est´ compuesta b´ sicamente de una parte activa fija
ı a a adem´ s, contra velocidades excesivas que pudieran surgir.
a
que se conoce como inducido o ESTATOR y de una parte Como dato significativo diremos que si dispusi´ semos de un
e
giratoria coaxial que se conoce como inductor o ROTOR. El motor Diesel sobre el cual no actuase ning´ n regulador de
u
espacio comprendido entre el rotor y el estator, es conocido velocidad, se fragmentar´a en pedazos, en el instante que
ı
como entrehierro . quedase bruscamente sin carga.
C. Tipo de Generadores s`ncronos
ı
Como ya lo hab´a mencionado anteriormente el principio
ı
de funcionamiento del generador s´ncrono es el mismo, lo que
ı
cambia es la forma de construcci´ n de los mismos, los tipos
o
se explican a continuaci´ n:
o
1) Polos salientes en el rotor: Este tipo de generador se
caracteriza por rotor presenta expansiones polares que dan
lugar a un entrehierro variable, adem´ s un punto importante
a
que lo identifica es que cuentan con 2 anillos los cuales
alimentan el debando de excitaci´ n
o
Figure 2. Armadura del Alternador
Se usan cuando la velocidad de giro no es muy elevada
3) Regulador de Tension (Avr):: El regulador autom´ tico de
a
voltaje, proporciona una extinci´ n al rotor, el rotor debe tener
o
un campo magn´ tico constante en cuanto a la direcci´ n de sus
e o
l´neas magn´ ticas (no en cuanto a intensidad del campo) y este
ı e
se logra excit´ ndolo con corriente directa (alterna rectificada)
a
la corriente alterna generada por el generador, debe ser de una
frecuencia constante 60hz; y para eso el rotor siempre gira
a la misma velocidad independientemente de que carga este
produciendo (se mide en megawatts) no en voltaje, como los
requerimientos de carga (consumo de la energ´a producida) son
ı
variables, la generaci´ n de megawatts es variable a frecuencia
o Figure 4. Generador y sus polos

3. 3
Figure 7.
Figure 5. Diagrama Fasorial
Una mejora en un generador CA sin escobillas puede ser
con entrehierro de aire axial, del tipo que comprende: un
alojamiento exterior de alternador; una flecha giratoria que
VE V2 1 1 se extiende longitudinalmente dentro del alojamiento y gira
P = Xd sin δ + 2 ( Xq − Xd )sin(2δ) con respecto al mismo; un ensamble de estator y un ensamble
VE V 2 Xd− Xq V2 1 1 de campo, fijos con respecto al alojamiento, con n´ cleos u
Q= Xd cos δ + 2 ( Xq Xd ) cos(2δ) − 2 ( Xq + Xd )
magn´ ticos de estator y de campo respectivamente y con
e
2) Polos salientes en el estator : El estator est´ constituido
a bobinas de estator y de campo arrolladas en los respectivos
principalmente de un conjunto de l´ minas de acero al silicio
a n´ cleos; un entrehierro de aire radial, cil´ndrico, definido por
u ı
(y se les llama ”paquete”), que tienen la habilidad de permitir una separaci´ n radial de los ensambles de estator y de campo
o
que pase a trav´ s de ellas el flujo magn´ tico con facilidad; la
e e con respecto al eje de la flecha y; un ensamble de rotor
parte met´ lica del estator y los devanados proveen los polos
a fijo a la flecha, con al menos un primer polo magn´ tico que
e
magn´ ticos. En este tipo de maquinas el numero de anillos
e presenta proyecciones magn´ ticas espaciadas que se extienden
e
depende de las fases para la cual fue dise˜ ada la maquina.
n al entrehierro cil´ndrico radial, caracterizadas porque el n´ cleo
ı u
de campo est´ directamente adyacente a la flecha, a lo largo
a
de la mayor parte de la longitud axial de la bobina de campo
y presenta una porci´ n extrema de campo que se extiende
o
axialmente m´ s all´ de la longitud axial efectiva de la bobina
a a
´
de campo arrollada en el y est´ separada de un extremo del
a
n´ cleo de campo que se extiende radialmente con respecto
u
al eje de la flecha para proporcionar una superficie extrema
que se extiende radialmente y est´ posicionada directamente
a
adyacente a las proyecciones magn´ ticas del primer polo
e
magn´ tico, form´ ndose un entrehierro de aire de flujo axial de
e a
baja reluctancia, axialmente m´ s all´ de la longitud efectiva
a a
axial de toda la superficie extrema del n´ cleo de campo.
u
Carcasa del Estator.: La carcasa del estator est´ formada
a
por bobinas de campo arrollados sin direcci´ n, soportadas en
o
piezas de polo s´ lidas. Las bobinas est´ n ventiladas en su ex-
o a
Figure 6.
tremo para proporcionar de esta forma una amplia ventilaci´ n o
y m´ rgenes de elevaci´ n de temperatura. La carcasa del estator
a o
es encapsulada por una cubierta apropiada para proporcionar
blindado y deflectores de aire para una correcta ventilaci´ n de
o
3) Sin escobillas : Un generador sin escobillas es un dise˜ o
n
la excitatriz sin escobillas.
que se vio necesario ya que debido al desgaste en las escobillas
y al polvo del los carbones, frecuente mente se tienen que Armadura: La armadura consiste de un n´ cleo laminado
u
cambiar o reparar las escobillas, los anillos colectores. Este soportado por una armaz´ n con un arrollamiento trif´ sico.
o a
generador sin escobillas, con un bobinado de estator trif´ sico,
a Fueron realizadas adaptaciones en la armaz´ n para el montaje
o
que consiste de bobinas de estatores interconectadas, dispues- de la armadura en el eje del generador y para el montaje
tas en placas de estatores que rodean al embobinado principal del convertidor en la armadura. El n´ cleo laminado est´
u a
del rotor y que tiene medios de rectificaci´ n acoplados a
o compuesto por l´ minas de acero magn´ tico de alta calidad
a e
dichas bobinas del rotor, estando el rotor dispuesto sobre un El arrollamiento de la armadura es formado por bobinas de
eje rotativo. campo arrolladas sin direcci´ n.
o

4. 4
a) Sincronizaci´ n de la maquina con la red.: Se sin-
o
cronizo la m´ quina con ayuda de un tablero de luces conecta-
a
dos en DARK, es decir, que la maquina quedara sincronizada
hasta que las luces est´ n completamente apagadas, y en ese
e
punto, se acciona el interruptor trif´ sico para dejar conectado
a
el generador a la red el´ ctrica. Como muestra el siguiente
e
circuito:
Figure 8. Armadura interna
4) Polos lisos (rotor cil´ndrico): El devanado de campo est´
ı a
´
distribuido en varias bobinas situadas en diferentes angulos.
Su uso principalmente radica cuando el rotor gira a gran
velocidad.
Figure 12.
b) Curva de capabilidad: La curva de capabilidad de
un generador se deriva de manera simplificada sin tomar en
Figure 9. 4 Polos cuenta el efecto de saturaci´ n y despreciando la resistencia y
o
capacitancia en los devanados. Cuando la m´ quina s´ncrona
a ı
opera en sus valores nominales, es decir; valores a los cuales
los devanados y el n´ cleo alcanzan la temperatura de r´ gimen
u e
de dise˜ o, se obtienen las fronteras de la regi´ n de operaci´ n
n o o
dentro de la cual la m´ quina no sufre da˜ o ni envejecimiento
a n
prematuro.
Figure 10.
Figure 11. Figure 13. Curva de capabilidad de un generador de polos lisos

5. 5
Figure 14.
5) Curva de capabilidad de un generador de polos
salientes:
III. C ONCLUSIONES
Se puede sintetizar lo siguientes :
• Las maquinas s´ncronas, en especial el gemerador , a
ı
significado un gran aporte para el desarrollo de la humanidad,
asi pues gracias a este se ha podido obtener cada vez mejores
parametros para generacion de energia electrica.
• El generador sin escobillas al no presentar ning´ n contacto
u
mec´ nico entre el rotor y el estator requieren menos manten-
a
imiento y reduciendo asi el costo tanto en construccion como
en mantenimiento.
• Algo nuy importante que se tyiene que tomar en cuenta
es la velocidad de la maquina , debemos de recordando que
para obtener 60 HZ la maquina sera de 2 polos debe girar a
3600rpm, si es de 4 polos a 1800 , si es de 8 polos a 900 y
as´ consecutivamente.
ı
[1][1]
R EFERENCES
[1] S. J. Chapman, E. R. Castillo, and J. A. R. Avila. M´ quinas el´ ctricas.
a e
McGraw-Hill, 2000.
http://electromntto.blogspot.com/2009/03/
otras-tecnicas-de-mantenimiento.html