Características DEL ALT alternador se le aplica una energía mecánica en forma de movimiento giratorio para obtener una tensión en sus bornes. Está constituido por un devanado inductor, alimentado por corriente continua y un devanado de inducido, donde se induce la f.E.M. Alterna, ambos concatenados por un flujo magnético.Es decir, al existir un movimiento relativo entre el inducido y campo magnético del inductor se induce en sus bobinados una f.E.M., que según la distribución de los arrollamientos, puede ser monofásica o trifásica.– PRINCIPIO DE FTOPartimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un campo magnético, se origina en dicho conductor una corriente eléctrica. La generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación con un movimiento giratorio. Según este principio, existen tres arrollamientos iguales independientes entre sí, dispuestos de modo que se encuentran desplazados entre sí 120° geométricos. Según la ley mocional de Faraday, al girar el rotor (imanes polares con devanado de excitación de corriente continua) se generan en los arrollamientos del inducido tensiones alternas senoidales desfasadas entre sí 120° en el tiempo. De esa forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trifásica.Aunque las tres corrientes son de igual frecuencia e intensidad, la suma de los valores instantáneos de las fuerzas electromotrices de las tres fases, es en cada momento igual a cero, lo mismo que la suma de los valores instantáneos de cada una de las fases.
Sistema inductor.El conjunto de bobinas inductoras se conecta en serie y se alimenta con una fuente de corriente continua. Esta fuente puede estar constituida de varias formas. A continuación se describen las más utilizadas.
Mediante excitatriz electromecánica.La excitatriz es un generador de corriente continua, acoplado solidariamente al rotor del alternador, que alimenta mediante escobillas y anillos rozantes al sistema inductor del alternador.
Al comenzar a girar el conjunto, el magnetismo remanente en el núcleo de la excitatriz permite la generación de una f.E.M. Que posteriormente alcanzará la tensión nominal requerida por el sistema inductor del alternador.Debido a las dificultades de conmutación en las dínamos cuando éstas giran a grandes velocidades, y en general para evitar la presencia del colector de delgas de las mismas se utilizan excitatrices de corriente alterna que con la ayuda de rectificadores monofásicos, a través de escobillas y anillos rozantes, alimentado a su vez de un transformador que toma alimentación del propio alternador. En este caso el magnetismo remanente del alternador es el que permite que el alternador comience a generar.
Alternador sin escobillas.En ambos sistemas descriptos anteriormente, el sistema inductor se alimenta mediante escobillas y anillos rozantes, lo que requiere un mantenimiento y puesta a punto importante, además de las mayores pérdidas que se tiene por la resistencia de contacto entre escobillas y anillos.El alternador sin escobillas se compone de un alternador principal, de inducido fijo y un alternador auxiliar de inducido móvil, que alimenta a un rectificador trifásico.Tanto el inducido del alternador auxiliar como el puente rectificador giran solidarios con el sistema inductor del alternador principal, permitiendo la conexión directa, es decir, evitando las escobillas y los anillos rozantes. El sistema inductor del alternador auxiliar está alimentado mediante un rectificador controlado.El magnetismo remanente presente en el núcleo de ambos sistemas inductores permitirá que el alternador principal comience a generar.
funcionamiento de un alternador en una red aislada.Generalidades.El comportamiento de un alternador bajo carga varía fuertemente dependiendo del factor de potencia de la carga y de si el generador funciona solo o en paralelo con otros alternadores. En la figura VIII.27 se muestra el esquema simplificado de un alternador que funciona aisladamente y está alimentando una carga trifásica equilibrada. Se muestran dos controles importantes: -El regulador de tensión: que se incorpora en la excitatriz y que al variar la corriente de excitación del generador permite controlar la tensión de salida.-El regulador de velocidad:
Que se incorpora en el motor primario (en el caso de la figura se ha supuesto una turbina hidráulica). Este actúa sobre la entrada de agua, permitiendo controlar la velocidad, y con ello la frecuencia de generación.La potencia suministrada por el generador es la que solicita la carga. Cuando la carga demanda más potencia, el alternador reduce su velocidad; esta disminución es detectada por el regulador de velocidad de la turbina, que provoca, en este caso, una mayor entrada de agua, lo que hace aumentar la velocidad de giro del grupo hasta llegar al valor de la consigna que impone la frecuencia de salida del generador. Cuando se ha alcanzado esta velocidad, la máquina entrega al consumidor la nueva carga solicitada.A continuación se describen el regulador de tensión y de velocidad de los alternadores.
REGULACIÓN DE TENSIÓN.Necesidad de la regulación de tensión y frecuencia.En los sistemas de generación y distribución de energía eléctrica existen variaciones de carga.En toda máquina eléctrica giratoria, si varía la carga (potencia conectada a los bornes del generador) varía la velocidad de la máquina.Debido a las exigencias del sistema de potencia o de la carga conectada es necesario mantener estable la frecuencia y el valor eficaz de la tensión entregada.Si varía la velocidad de la máquina, la frecuencia variará en forma proporcional. Para volver a la velocidad nominal del alternador, es necesario actuar sobre la alimentación del motor primario variando, de esta forma, su velocidad.Generalmente estos sistemas son automáticos, actuando directamente algún sensor que, en función de la variación de velocidad y a través de un transductor, accione la válvula de admisión de combustible de alimentación del motor primario. Al recuperar el alternador su velocidad nominal, y con ello, la frecuencia de la f.E.M. Generada, la tensión entregada al sistema volverá a su valor nominal. Sin embargo, no ocurre esto, dado que debido a que se producen caídas de tensión internas (propias de la máquina), proporcionales a la carga entregada.Regulación automática de la tensión.Los reguladores automáticos deben cumplir con las siguientes carácterísticas:-Intervenir rápidamente después de una variación de carga.-Exactitud: llegar al valor de régimen. -Sensibilidad: reaccionar a perturbaciones débiles.-Amortiguación eficaz: evitar grandes oscilaciones.-Los reguladores de tensión automáticos pueden tener, en lugar de una variación continua de resistencia, una variación a saltos, mediante el proceso de agregar o quitar resistencias.
Funcionamiento en paralelo de alternadores.Condiciciones para realizar el paralelo.Las condiciones a cumplir para la puesta en paralelo de dos alternadores son las siguientes:-Igualdad de secuencias de las tensiones trifásicas.-Igualdad de magnitud de las tensiones compuestas.-Igualdad de frecuencias.-Igualdad de fase para las tres tensiones de fase en el momento de la operación.-En primer lugar, con un secuencímetro se verifica que la secuencia de las fases del alternador se corresponda con la de la línea a la cual se quiere realizar el paralelo. Mediante la corriente de excitación se regula la tensión del generador que se quiere conectar en paralelo con aquél que ya se encuentra funcionando, para lo cual se observan los voltímetros hasta que U1=U2. Con el frecuencímetro se ve la frecuencia de la máquina, y por ende, se regula la velocidad de giro de la máquina motriz primaria acoplada al alternador, hasta lograr f1=f2. Por último, la igualdad de fases en el momento de la conexión se verifica con un sincronoscopio, el cual consta de tres lámparas. Cuando estas están apagadas, entonces, la tensión entre los extremos del interruptor de maniobra (compuesta) es nula. En esa condición se puede cerrar el interruptor sin problemas.
Funcionamiento del sincronoscopio.Si la secuencia de las fases del generador y la red son idénticas y las 3 lámparas del sincronoscopio se colocan formando los vértices de un triángulo equilátero, con las conexiones indicadas , aparecerá una rotación en la iluminación de las lámparas, cuyo brillo cambiará con el tiempo.