Generadores síncronos: funcionamiento, bobinado y potencia - Prof. Macas, Apuntes de Máquinas Eléctricas

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MAQUINAS ELECTRICAS II

ING. DAVID MACAS MSc.

UNIVERSIDAD TÉCNICA LUIS VARGAS TORRES

Constitución de las máquinas eléctricas

 Está constituida por un estator y un rotor, con un devanado en cada una de

ellos, separados entre sí por medio de un entrehierro:

 Estator:

 Una corona estatórica de chapas magnéticas de 0. 35 a 0. 5 mm de espesor,

aisladas entre sí por barnices, ranuradas interiormente, prensadas y sujetas a

una carcasa de fundición de hierro, o a un marco de acero soldado, sobre la

cual también se coloca la caja de bornes y la placa de características.

 Un devanado trifásico a base de tres bobinas, distribuido convenientemente y

alojado en la ranura del paquete estatórico. Los seis extremos de las bobinas

se llevan a los bornes de conexión , para que puedan conectarse en estrella o

en triángulo.

 Las cajas de bornes se suministran con su correspondiente placa y sus seis

espigas de conexión , a las cuales van unidos los principios y finales de las

tres fases.

 Los bornes de los motores trifásicos están marcados de tal manera, que el

orden alfabético de la denominación de bornes U, V, W, coincide con

el orden cronológico si el motor gira hacia la derecha.

 Esta regla es válida para todas las máquinas, cualquiera que sea su potencia

y su tensión.

 Las conexión con la red se realiza siempre con las tres bornes superiores U, V, W.  Las piezas de puente o espigas de conexión sirven para unir las bobinas entre sí:

1. La conexión estrella uniendo las tres bornes inferiores Z, X, Y. (Es fácil de identificar porque los puentes quedan en horizontal)
2. La conexión triángulo uniendo los bornes U-Z, V-X, W-Y. (Es fácil de identificar porque los puentes quedan en vertical).

Elementos de los bobinados de corriente

alterna

En este apartado se van a estudiar los distintos componentes

constructivos empleados en los bobinados de corriente alterna y que

servirán para realizar los cálculos.

 Ranuras  Bobinas (B):  Es un conjunto de espiras cerradas que se han realizado con un molde sobre la bobinadora. Cada bobina tiene un principio y un final, y además se componen de los denominados lados activos de bobina donde se induce la fem y las cabezas de bobina necesarias para cerrar el circuito.  Grupos de bobina (G):  Es el conjunto de bobinas que se encuentran unidos eléctricamente. Las bobinas se encuentran conectadas en serie y por tanto, cada grupo tendrá un principio y un final.  Amplitud de grupo (m):  Es el número de ranuras que separan a un lado activo de una bobina con respecto a su otro lado activo. Este concepto tiene importancia en los bobinados concéntricos que más adelante veremos.

Bobinas imbricadas

 Los bobinados imbricados, tienen todas las bobinas iguales con igual

ancho de bobina.

 Son los bobinados excéntricos más utilizados para los motores

asíncronos y por tanto, los más utilizados en las aplicaciones

industriales.

 La conexión de las bobinas se realiza por polos y por tanto el número

de grupos por fase El número de capas, es decir la cantidad de lados

activos de bobina por cada ranura, puede ser de una o dos, cambiando

por tanto el proceso de cálculo en función de esta variable.

CALCULO DE BOBINADO IMBRICADO DOBLE CAPA  K = 24 ( numero de ranura) ∆ = 𝟐𝟐𝟎 𝒗  2p = 4 ~ p= 𝟒 𝟐 = 2 ( numero de polos ) 𝜸 = 𝟑𝟖𝟎 𝒗  Q = 3 (siempre va ser 3 por se motores trifásicos)  1.- Calcular el numero de bobinas totales en el motor  B = K por lo tanto B = 24  2.- Calcular el numero de ranuras por polo y fase (debe ser numero entero)  Kpq=

=

=

= 2

 7.- Calcular el paso de principios

 Y120 =

𝑲 𝟑𝑷

𝟐𝟒 𝟑(𝟐)

𝟐𝟒 𝟔

 8.- Tabla de principios  9.- Conectar los polos

U V W

Grupo 1 = P2 con P3, F1 con F2, F3 con F

Grupo 2 = P2 con P3, F1 con F2, F3 con F

Grupo 3 = P2 con P3, F1 con F2, F3 con F

MAQUINA SINCRONA O SINCRONICA

 Es una máquina eléctrica rotativa de corriente

alterna cuya velocidad de rotación del eje y la

frecuencia eléctrica están sincronizadas y son

mutuamente dependientes. La máquina puede operar

tanto como motor o como generador

Generadores síncronos

 Los generadores síncronos o alternadores son maquinas

síncronas que se utilizan para convertir potencia

mecánica en potencia eléctrica de ca.

 Debido a que el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético,

esta ecuación relaciona la velocidad de rotación del rotor con la

frecuencia eléctrica resultante.

 La potencia eléctrica se genera a 50 o 60 Hz, por lo que el generador debe

girar a una velocidad fija que dependerá del numero de polos de la

maquina. Por ejemplo, para generar una potencia de 60 Hz en una

maquina de dos polos, el rotor debe girar a 3600 rpm.

 Para generar una potencia de 50 Hz en una maquina de cuatro polos, el

rotor debe girar a 1500 rpm. La tasa de rotación que se requiere para

cierta frecuencia siempre se puede calcular a partir de la ecuación

anterior.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR SÍNCRONO  El voltaje EA es el voltaje interno que se genera y se produce en una fase de un generador síncrono. Sin embargo, por lo general este voltaje EA no es el voltaje que se presenta en las terminales del generador.  De hecho, el único momento en que el voltaje interno EA es igual al voltaje de salida V∅ de una fase es cuando no fluye corriente de armadura en la maquina.  ¿Por que el voltaje de salida 𝐕∅ de una fase no es igual a 𝐄𝐀 y cual es la relación entre estos dos voltajes?  La respuesta es que hay varios factores que ocasionan la diferencia que hay entre EA y V∅:

1. La distorsión del campo magnético del entrehierro debida a la corriente que fluye **en el estator, llamada reacción del inducido.

2. La auto inductancia de las bobinas del inducido (o armadura).
3. La resistencia de las bobinas del inducido.
4. El efecto de la forma del rotor.**