Generadores corriente alterna

Universidad Politécnica Salesiana – Maquinas Eléctricas II

.

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA
Pablo Zumba
pzumbap@est.ups.edu.ec

Ing. Omar Álvarez
oalvarez@ups.edu.ec

Abstract.
Mathematics in signal processing in continuous time has involved the transformation and Fourier series, but as the name
suggests are applicable for continuous time, ie for signals over a given time always signal value, but not having signal
values at certain times should be given a different treatment to signals, this treatment is called discrete-time Fourier,
because the signals are defined only at discrete instants of time.

2 SISTEMAS CONSTRUCTIVOS.
RESUMEN: Este trabajo presenta las características
constructivas de los generadores de corriente alterna
2.1 Generador Polos Salientes en el
síncronos, así como de sus partes constitutivas, como parte Estator.
de un mejor entendimiento de este tipo de maquinas La particularidad de este tipo de generador es que tiene
también se lograra establecer las respectivas semejanzas y el inducido en el rotor, esta configuración es propia de
diferencias entre los generadores de corriente continua y máquinas de baja y media velocidad y potencia, hasta
de corriente alterna respectivamente, haciendo referencia 1000 rpm.
en sus características principales. Por tal razón para poder sacar la tensión producida,
necesitamos de un sistema de colector de anillos. El
número de anillos a utilizar va a depender directamente
1 INTRODUCCIÓN. del número de fases con la que nos encontremos
trabajando.

El generador síncrono está compuesto principalmente de
una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator, el
principio de funcionamiento de un generador síncrono se
basa en la ley de Faraday [1]. Para crear tensión inducida
en el estator, debemos crear un campo magnético en el
rotor o circuito de campo, esto lo lograremos alimentado el
rotor con una batería, este campo magnético inducirá una
tensión en el devanado de armadura por lo que tendremos
una corriente alterna fluyendo a través de él.

Al operar como generador, la energía mecánica es
suministrada a la máquina por la aplicación de un torque y Ilustración 1Polos salientes en el estator.
por la rotación del eje de la misma, una fuente de energía
mecánica puede ser, por ejemplo, una turbina hidráulica, a 2.2 Polos Salientes en el rotor.
gas o a vapor. Una vez estando el generador conectado a la
red eléctrica, su rotación es dictada por la frecuencia de la El estator está constituido principalmente de un conjunto
red, pues la frecuencia de la tensión trifásica depende de láminas de acero de silicio que se les llama
directamente de la velocidad de la máquina. "paquete", que tienen la habilidad de permitir que pase a
través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte
En la actualidad las maquinas de corriente alterna tienen metálica del estator y los devanados proveen los polos
una gran participación en la vida diaria de la humanidad, en magnéticos.
especial los generadores en el área industrial, debido a su Este generador a diferencia del anterior tiene el inducido
amplio campo de aplicación y beneficios. en el estator, por tal razón no necesitamos un
mecanismo de colector de anillos para extraer la tensión
DESARROLLO. generada ya que esta va a encontrarse en la parte
externa de la máquina, necesitaríamos únicamente un
par de anillos, con la finalidad de ingresar el voltaje de
campo, pero esto es de gran ayuda ya que el voltaje de
campo es considerablemente más pequeño que la
tensión generada, por tal razón este par de anillos van

1


.

hacer de medidas pequeñas, y así mismo las escobillas
no tendrían un tamaño mayor.
Este tipo de generadores se los utiliza para grandes
potencias debido a la versatibilidad que nos brinda.

Ilustración 3Generador sin escobillas.

3 DESCRIPCIÓN DE PARTES
Ilustración 2Polos en el rotor. CONSTRUCTIVAS.

2.3 Generador sin escobillas. Un generador y sus partes que lo conforman, son: anillos
rozantes, eje, polos magnéticos, carcasa, cojinetes, y
diferentes accesorios mecánicos y eléctricos añadidos al
Este tipo de generadores son de mediana potencia, para
conjunto principal conformado por el rotor y el estator.
la excitación podríamos tener un banco de baterías que
sería de respaldo, la excitatriz podría ser un alternador,
es decir un generador síncrono con polos salientes en el Anillos deslizantes.
estator, luego de esta etapa, sale a una placa
electrónica en donde por medio de dispositivos La función que tienen los anillos rozantes, son para
electrónicos, se envía al circuito de excitación del poder conectar externamente al circuito eléctrico
generador principal. integrado en el rotor, resistencias externas. La función
de dichas resistencias, es modificar la resistencia
Para realizar reparaciones en este tipo de generadores, retórica
es necesario saber sobre dispositivos electrónicos, y
centrarse en el controlador. Polos Magnéticos.
Los generadores síncronos auto excitados ya no
requieren de escobillas y los de excitación separada Hay solo dos tipos de polos magnéticos (denominados
requieren de escobillas y en lugar del conmutador polo norte magnético, "N", y polo sur magnético, "S"), y
utilizan anillos rosantes. que nunca pueden aislarse. Un imán puede ser "Multi
polar" (más de un N, o más de un S), pero no puede
Existen modelos para los generadores síncronos sin tener solo N sin S, ni solo S sin N. Si el imán es una
escobillas, los cuales pueden ser, de anillos para barra con los polos en los extremos (barra
introducir corriente de excitación, de anillos para extraer "magnetizada" longitudinalmente), al partirla por la mitad
tensiones generadas. para intentar separar el polo N del S, se obtienen dos
imanes de menor tamaño, cada uno con sus polos N y S
en los extremos.
Cojinetes.

Un cojinete en ingeniería es la pieza o conjunto de ellas
sobre las que se soporta y gira el árbol transmisor de
momento giratorio de una máquina. Cojinete de
deslizamiento radial, por partes: el cilindro claro es
donde iría el árbol, la tapa negra desmontable para la
lubricación (fricción mixta).De acuerdo con el tipo de
contacto que exista entre las piezas (deslizamiento o
rodadura), el cojinete puede ser un cojinete
de deslizamiento o uno de rodamiento respectivamente.

Cojinete de rodamiento.

2


.

Un rodamiento o cojinete de rodadura es un tipo de Figura4. Foto de escobillas Industriales [2].
cojinete, que es un elemento mecánico que reduce la
fricción entre un árbol y las piezas conectadas a éste por Rotor.
medio de rodadura ,que le sirve de apoyo y facilita su
desplazamiento. El rotor es el componente que gira (rota) en una
máquina eléctrica, sea ésta un motor o un generador
Cojinete de deslizamiento. eléctrico. Junto con su contraparte fija, el estator, El rotor
está formado por un eje que soporta un juego de
En un cojinete de deslizamiento dos casquillos tienen un bobinas arrolladas sobre un núcleo magnético que gira
dentro de un campo magnético creado bien por un imán
movimiento en contacto directo, realizándose un
o por el paso por otro juego de bobinas, arrolladas sobre
deslizamiento por fricción, con el fin de que esta sea la unas piezas polares, que permanecen estáticas y que
menor posible. La reducción del rozamiento se realiza constituyen lo que se denomina estator de un corriente
según la selección de materiales y lubricantes. Los continua o alterna, dependiendo del tipo de máquina
lubricantes tienen la función de crear una película de que se trate. En máquinas de corriente alterna de
deslizante que separe los dos materiales o evite el mediana y gran potencia, es común la fabricación de
contacto directo. Al tocarse las dos partes, que es uno rotores con láminas de acero eléctrico para disminuir las
pérdidas asociadas a los campos magnéticos variables,
de los casos de uso más solicitados de los cojinetes de
como las corrientes de Foucault y las producidas por el
deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto fenómeno llamado histéresis.
limita la vida útil. La generación de la película lubricante
que separa por una lubricación completa requiere un
esfuerzo adicional para elevar la presión y que se usa
sólo en máquinas de gran tamaño para grandes
cojinetes de deslizamiento. La resistencia al
deslizamiento provoca la conversión departe de la
energía cinética en calor, que desemboca en las partes
que sostienen los casquillos del cojinete.

Escobillas.

Este es el caso de los motores ó generadores eléctricos,
donde se debe establecer una conexión de la parte fija
de la máquina con las bobinas del rotor. Para realizar
esta conexión, se fijan dos anillos en el eje de giro, Figura 5. Rotor
generalmente de cobre, aislados eléctricamente del eje y Estator.
conectados a los terminales de la bobina rotatoria.
Enfrente de los anillos se disponen unos bloques de El estator es la parte fija de una máquina rotativa y uno
carbón que, mediante unos resortes, hacen presión de los dos elementos fundamentales para la transmisión
sobre ellos estableciendo el contacto eléctrico necesario. de potencia(siendo el otro su contraparte móvil, el
Estos bloques de carbón se denominan escobillas y los rotor). El término aplica principalmente a la construcción
anillos rotatorios reciben el nombre de colector. En de máquinas eléctricas y dependiendo de la
determinado tipo de máquinas electromagnéticas, como configuración de la máquina, el estator puede ser:
los motores o generadores de corriente continua, los
anillos del colector están divididos en dos o más partes El alojamiento del circuito magnético del campo en las
aisladas unas de otras y conectadas a una o más máquinas de corriente continua. En este caso, el estator
bobinas. interactúa con la armadura móvil para producir torque en
el eje de la máquina. Su construcción puede ser de imán
permanente o de electroimán, en cuyo caso la bobina
que lo energizase denomina devanado de campo
.
El alojamiento del circuito de armadura en las máquinas
de corriente alterna. En este caso, el estator interactúa
con el campo rotante para producir el torque y su
construcción consiste en una estructura hueca con
simétrica cilíndrica, hecha de láminas de acero
magnético apiladas, para así reducir las pérdidas
debidas a la histéresis y las corrientes de Foucault.

3


.

De esta forma, cada espira dispone de dos conductores
activos.

Figura 6. Bobinados de rotor y estator. Figura 8. Bobinado de tambor.

Bobinado. Ranura de armadura
Recibe el nombre de bobinado el conjunto formado por
Ocupada por un solo lado activo. Bobinado de una capa.
las bobinas, comprendiendo en esta expresión tanto los
lados activos que están colocados en el interior de
las ranuras y las cabezas que sirven para unir los lados
activos, como los hilos de conexión que unen las
bobinas entre sí como los que unen estas bobinas con el
colector o con la placa de bornes. Bobinado en anillo y
en tambor: La fuerza electromotriz generada en el
bobinado inducido depende sólo del número de hilos
activos, o sea, los exteriores paralelos al eje de rotación.
Puede hacerse una primera clasificación de los
bobinados según la manera de unir entre sí los hilos
activos:

 Bobinado en anillo.-
Ocupada por dos lados activos. Bobinado de dos capas.
Es aquel en el cual las espiras son 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
rotación.

Cuando el bobinado es de dos capas, la capa que está
en el fondo de la ranura se llama capa inferior, baja o
interior y laque se encuentra junto al entrehierro es
llamada capa superior, alta o exterior. Los bobinados de
máquinas de corriente continua se construyen
modernamente en dos capas, mientras que los de
Figura 7. Bobinado en anillo. corriente alterna son ejecutados tanto en una como en
dos capas.
Arrollamientos distribuidos.
 Bobinado en tambor.-
Así como los arrollamientos concentrados son simples
Es aquel en el que los dos lados activos de cada bobina bobinas, fáciles de concebir, los arrollamientos
están colocados en la superficie exterior de la armadura. distribuidos son mucho más complejos ya que deben

4


.

cumplir no solamente condiciones eléctricas y por ejemplo más de 50 kW y en los inducidos a colector,
magnéticas, sino también constructivas: las bobinas salvo los muy pequeños, de pocos cientos de watt.
deben ser sencillas de realizar, de colocar y minimizar el Cuando las ranuras son abiertas, con sus lados
uso de materiales. Los arrollamientos rotóricos de las paralelos, y están ubicadas sobre una estructura
máquinas eléctricas se conectan a través de escobillas cilíndrica, los dientes resultan necesariamente
que puede apoyar sobre anillos rozantes, que son aros trapezoidales, es decir no tienen la misma sección en
conductores, continuos, conectados a los extremos del toda su altura, lo que debe ser tenido en cuenta al
arrollamiento. considerar la inducción magnética y la saturación de los
mismos. La razón por la cual se emplean las ranuras
abiertas, con sus lados paralelos, es que las bobinas
utilizadas en esas máquinas son prácticamente rígidas y
no se podrían colocar si la abertura de la ranura fuera
más estrecha. Las ranuras semi abiertas se emplean en
máquinas de menor potencia, que utilizan bobinas
formadas por conductores sueltos, los que se colocan
individualmente o en pequeños grupos, muchas veces
en forma manual y luego se terminan de conformar y de
acomodar las cabezas de bobina, en la propia máquina.

A fin de poder acomodar mejor los conductores en el
Figura 9. Anillos rosantes en un rotor. fondo y en el tope de las ranuras, lo que mejora el factor
de llenado de las mismas, conviene que ambos sean
O sobre un colector, que está formado por segmentos redondeados, como se muestra en la figura. Tanto en las
conductores, denominados delgas, aisladas entre sí y ranuras abiertas como en las semi cerradas, se debe
conectadas a cada bobina. Esto da lugar a dos tipos de evitar que los lados de las bobinas se salgan de las
arrollamientos distribuidos, los mismas, especialmente si están sometidas a la fuerza
primeros denominados a anillos, o de fases son centrífuga del rotor, lo que provocaría un accidente
eléctricamente abiertos y pueden estar tanto en el catastrófico. El cerrado de las ranuras se hace por medio
estator como en el rotor; mientras que los segundos, de una cuña de cierre construida con un material de la
denominados a colector, son eléctricamente cerrados y resistencia adecuada y que, en la mayoría de los casos,
se utilizan solamente en el rotor. es no magnético. En los dientes de las ranuras abiertas
se hacen unas entalladuras a fin de sostener esas cuñas
de cierre. Las ranuras cerradas, que no necesariamente
deben tener una sección circular como se muestra en la
figura, se emplean principalmente en los rotores de las
máquinas asincrónicas. Dentro de esas ranuras se
colocan barras conductoras, normalmente sin aislación,
que constituyen el arrollamiento rotórico de
esas máquinas. Es común que las máquinas posean
distintos tipos de ranuras en el estator y en el rotor,
adecuándolas a los arrollamientos empleados.

Figura 10. Colector en un inducido. 4 SEMENJAS Y DIFERENCIAS
ENTRE GENERADOR DE CA Y
Tipos de ranura. GENERADOR DE CD.
Como ya se dijo las bobinas de los arrollamientos
distribuidos, y sus aislaciones, se alojan en ranuras o Semejanzas
canaletas ubicadas en la superficie, o muy cerca de ella,
del estator o del rotor o en ambas. Las partes Ambos producen energía eléctrica en base al
magnéticas entre las ranuras se denominan dientes. Las movimiento (energía mecánica)
ranuras pueden ser abiertas, semi cerradas o cerradas.
Ambos generan corriente, ya sea continua o
alterna a través del mismo principio: El
principio de la inducción de Faraday
Para ambos tipos de generadores, son
aplicables todas las leyes de principio
electromagnéticos.
Ambos usan la inducción generada entre un
Figura 11. Tipos de Ranura. bobinado y un imán (permanente o
electromagnético).
Las ranuras abiertas, que poseen sus lados paralelos,
se emplean en máquinas de potencia media o grande,

5


.

Los voltajes de salida de ambos tipos de eléctricos indirectos y de las medidas
generador son sensibles a los cambios de carga complementarias.
La fem (fuerza electromotriz) alterna de ambos,
es rectificada mediante unas escobillas Diferencias
colectoras que la rectifican de manera mecánica
(conmutando). En un generador de c.a., el voltaje inducido se
Ambos generadores constan de un campo transmite directamente a la carga, a través de
magnético, que es el electroimán con sus anillos rozantes.
bobinas En cambio en un generador de c.c. el
La armadura es la estructura que sostiene los conmutador convierte la c.a. inducida en c.c.
conductores que cortan el campo magnético antes de que ésta sea aplicada a la carga.
En ambos generadores también la que En la mayor parte de los generadores de c-c el
transporta la corriente inducida en un generador campo es estacionario y la armadura gira,
es su armadura (estator) En cambio en los generadores de ca, ocurre
Sus armaduras son por lo general un núcleo de todo lo contrario.
hierro dulce laminado, alrededor del cual se Los generadores de c.a. puedan tener salidas
enrollan en bobinas los cables conductores. mucho mayores de las que son posibles con
Para mejorar su funcionamiento, se añaden generadores de c.c.
interpolos más pequeños para compensar las Para su fuente de voltaje de excitación, los
distorsiones que causa el efecto magnético de la generadores de c.c. pueden constar ya sea de
armadura en el flujo eléctrico del campo. una fuente de excitación externa y separada o
Sus parámetros para el diseño de construcción bien obtener el voltaje necesario directamente
son iguales de su propia salida.
Mantienen una diferencia de potencial eléctrico En cambio los generadores de c.a. deben estar
entre dos de sus puntos (llamados polos, provistos de una fuente separada.
terminales o bornes) El generador de c.a. puede ser monofásica,
Se rigen a fundamentos de la electrotécnia, ya trifásica o de mas fases,
definidas En un generador de c.c., puede entregar un solo
Ambos siguen usados en la industria, a pesar de tipo de entrega de corriente.
que el dinamo ya es casi obsoleto debido al La regulación de voltaje en los generadores de
costo, tiene su grado de utilización para ciertas c.c. son inherentemente más estables que los de
aplicaciones c.a.
Sus características constructivas son iguales, El voltaje de salida de un generador de c.a. es
constan de un estator, rotor, polos, etc. sensible a cambios en el factor de potencia de
Las aplicaciones para ambos tipos de la carga.
generadores, podría ser las mismas, su uso Es posible un buen grado de autorregulación en
radica en costos, en ciertas aplicaciones se un generador de c.c. usando un devanado de
puede tener más eficiencia de funcionamiento, armadura combinado.
pero a un mayor costo En los generadores de c.a., no es factible usar
Sus usos más comunes para ambos tipos es un devanado de armadura combinado, ya que
generar electricidad en aquellos lugares donde éstos deben ser excitados separadamente.
no hay suministro eléctrico, generalmente son Los generadores de corriente continua
zonas apartadas con pocas infraestructuras y funcionan normalmente a voltajes bastante
muy poco habitadas. bajos para evitar las chispas que se producen
Otra utilidad de los generadores electricos sería entre las escobillas y el conmutador a voltajes
en locales de pública concurrencia, hospitales, altos.
fábricas, etc., que a falta de energía eléctrica de En los generadores de c.c., el sistema de
red, necesiten de otra fuente de energía alterna escobillas se desgasta haciendo un tiempo de
para abastecerse. vida menor y generando mayores pérdidas de
Ambos constituyen una gran ayuda para energía en comparación con los generadores de
emergencias, ya que pueden ser utilizadas para c.a.
cuando exista falla en la red de corriente, se Los generadores de c.c. cuenta con una parte
puede usar como fuente única, de uso portáti) que se llama conmutador donde van los
incluso la potencia del mismo (grande, carbones que recolectan la energía eléctrica
pequeña) condiciona en la práctica la elección (corriente directa).
del sistema de protección contra contactos

6


.

Un alternador no cuenta con este conmutador,
la energía se recoge de las terminales llamadas
fases.

Los generadores de c.a. suelen estar formadas
por un gran número de bobinas agrupadas en
hendiduras longitudinales dentro del núcleo de
la armadura y conectadas a los segmentos
adecuados de un conmutador múltiple, esto no
pasa en los generadores de c.c.
El mantenimiento de los generadores de c.c. es
mucha más elevado en comparación con los
generadores de c.a.
El generador de c.c. es reversible, puede ser
utilizado como motor tanto como generador.
El generador de c.c. es reversible, puede ser
utilizado como motor tanto como generador.

5 CONCLUSIONES.

En la vida práctica podemos encontrar a los generadores
en todas partes, cada vez hay más demanda para su uso
y se encuentran en más tipos de aplicaciones.
Es importante conocer su funcionamiento a profundidad,
así como conocer cada diferencia y tipo que exista para
que como estudiantes previos a ser ingenieros, 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 energía, eléctrica principalmente
y la manera de la obtención de la misma es mediante
estos generadores, así podemos decir que es la base
fundamental para cualquier aplicación y/o
funcionamiento de “lo que sea”.

6 REFERENCIAS
[1] M. Cortez, (2006), “Maquinas sincronas y motores CA”, 3era
Edicion, Mexico.

[2]http://agamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/itiei/mqe/apuntes/TM
E4.pdf

[3]http://www.monografias.com/trabajos85/diseno-generadores-
sincronos/diseno-generadores-sincronos.shtml

7

Generadores corriente alterna

Más contenido relacionado

La actualidad más candente (20)

Destacado (13)

Similar a Generadores corriente alterna (20)

Generadores corriente alterna