Generador sincrnico 1.3.1 Generador monofsico Para producir tensiones alternas, generalmente, se emplea un conversor electromecnico de energa, denominado generador sincrnico o alternador. El dispositivo se construye enrollando un conductor de cobre sobre un ncleo de fierro. Por un conductor se hace circular corriente continua, lo cual produce un campo magntico; el fierro al magnetizarse permite obtener un valor mayor de la induccin magntica en las caras polares de electroimn. Figura 1.6 Al electroimn indicado, se le agrega un eje mecnico y se lo impulsa mediante energa mecnica que se le suministra. La fuerza motriz puede provenir de una turbina a gas, agua o vapor; tambin puede ser un motor a explosin. Por otro lado, se dispone de un enrollado fijo, dentro del cual gira el electroimn: Figura 1.7 Para fijar el devanado se lo incorpora dentro de ranuras en un dispositivo cilndrico, que se construye en fierro y se denomina estator. Al girar la parte mvil o rotor, se inducirn de acuerdo con la Ley de Faraday, tensiones en el devanado estacionario o estator. En la Figura 1.7 se han definido las referencias para las variables del estator: es el flujo enlazado por el estator. es la tensin generada por el campo magntico variable producido por el rotor. e Tambin se indica la referencia para el movimiento del rotor. Si , la frecuencia angular de giro, es positiva, de acuerdo con la referencia indicada, existir un giro del rotor segn el reloj; esto mirando el rotor desde los terminales a y a, en donde se induce la tensin e. 6 Redes Elctricas Profesor Leopoldo Silva Bijit 21-09-2009 En un curso bsico de electromagnetismo, para estudiantes de ingeniera, se fundamenta que con las referencias elegidas resulta: (1.1) d e dt La relacin (1.1) es general; pero consideramos que el circuito del estator est abierto. De este modo no se considera la disipacin, ni la tensin de reaccin debida al flujo de la corriente en el circuito del estator. Es decir, el flujo enlazado slo es debido al campo asociado al rotor. Para recordar las referencias de la relacin (1.1), se suele emplear la regla de la mano derecha. Se coloca el pulgar, en la direccin de referencia asumida para el flujo enlazado; el resto de los dedos indica una direccin que, seguida a travs del circuito, indica la polaridad positiva de la referencia para el voltaje entre los terminales. Se suele representar la configuracin anterior mediante el esquema que se muestra en la Figura 1.8, que corresponde a una vista en corte de la seccin del artefacto. Figura 1.8 En la Figura 1.8 no se muestra como se cierran los devanados; tampoco se indica el enrollado del rotor, ni como se lo alimenta. El esquema se muestra en el instante t igual a cero. En el flujo enlazado es mximo positivo, las lneas del rotor atraviesan el rea encerrada por el estator, en igual direccin que la de referencia. 0 t Si el rotor gira segn el reloj, un instante despus de , se tendr un flujo enlazado positivo, pero menor que el inicial. Debe recordarse que para calcular el flujo enlazado importan las lneas que inciden normalmente con la superficie. 0t Cuando ha girado 90 se tendr que el flujo enlazado ser cero, y un instante despus se tendr un flujo negativo. La Figura 1.9, muestra la forma de onda del flujo enlazado por el estator. Se ha supuesto una forma sinusoidal, como una aproximacin razonable para simplificar el desarrollo. Figura 1.9 Sistemas trifsicos 7 Profesor Leopoldo Silva Bijit 21-09-2009 Derivando la forma de onda, ya sea analtica o grficamente, y cambiando el signo se obtiene la Figura 1.10. ' ( ) ( ) aa d sen t dt e sen t Figura 1.10 Un modelo de redes del generador sincrnico se muestra en la Figura 1.11. Figura 1.11 Figura 1.12 En la Figura 1.12 se ilustra un modelo ms real del generador, en l se han considerado las prdidas por disipacin y la autoinductancia del estator.