Hay dos tipos básicos de generadores trifásicos (generadores de corriente alterna): (1) el tipo de armadura giratoria (Figura 1) y (2) el tipo de campo giratorio (Figura 2). los tres pasos generador de armadura giratoria hace girar los tres devanados monofásicos, que están ubicados a 120 grados mecánicos de distancia en el conjunto del rotor, dentro de un campo electromagnético fijo o estacionario. Dado que se requieren varios conjuntos de anillos deslizantes/escobillas para transferir la corriente alterna trifásica de los tres devanados monofásicos al elemento giratorio, este tipo es el menos utilizado.
Figura 1. El generador trifásico de armadura rotatoria
los tres pasos generador de campo giratorio Los tres conjuntos de devanados monofásicos están construidos con una separación mecánica de 120 grados sobre un núcleo de metal alrededor del interior de una caja de metal que soporta el núcleo (el conjunto del estator).
Figura 2. El generador de campo giratorio trifásico
Como se muestra en el Figura 2, a electroimán que se coloca en el medio del devanado gira alrededor del interior del conjunto del estator de las tres capas del devanado monofásico. Cuando el campo del electroimán pasa a través de los devanados, se induce un voltaje en los devanados.
Un electroimán es un dispositivo que consiste en una bobina de alambre enrollada alrededor de un núcleo ferromagnético. Cuando la corriente fluye a través de la bobina de alambre, se induce un campo electromagnético en el núcleo. Es un imán temporal cuyas propiedades magnéticas se producen por la aplicación de una corriente eléctrica.
Un campo electromagnético se produce al pasar una corriente eléctrica a través de la bobina de un generador, motor, reactor, solenoide o transformador.
El electroimán en un verdadero generador de corriente alterna trifásico debe encenderse con una fuente de corriente continua para campo electromagnetico Esencial: la fuerza o intensidad del campo electromagnético está controlada por la magnitud de la corriente de excitación del campo.
yo Figura 2, el voltaje de excitación de CC se aplica al electroimán del conjunto del rotor a través de los dos conjuntos de escobillas de anillos deslizantes en el eje del rotor del extremo no impulsor del generador.
Velocidad de rotación síncrona
el diagrama yo imagen 3 muestra el concepto básico de un generador de CA de campo giratorio trifásico y por qué las tres formas de onda sinusoidales monofásicas también están separadas eléctricamente por 120 grados.
yo Figura 4el marco del estator y las piezas polares de hierro interconectadas se muestran para dar una representación más precisa de la disposición del devanado: cada devanado de fase consta de un par de polos.
Si el devanado de un polo de una fase dada se enrolla en sentido antihorario alrededor de la pieza polar de hierro, el otro polo (en un par de polos de cada fuente monofásica) se enrollaría en el sentido de las agujas del reloj para generar el voltaje inducido i. cada paso. devanado de fase de la misma polaridad.
Imagen 3. Al generar una fuente de alimentación de CA de onda sinusoidal monofásica de 2 hilos
Cuando el polo norte del campo electromagnético del ensamblaje del rotor barre una pieza polar, el polo sur barre la pieza polar opuesta en la misma dirección.
La polaridad de los polos del campo de hierro giratorio del devanado del rotor y la dirección del devanado alrededor de las piezas polares de hierro del devanado del estator determinan la polaridad del voltaje inducido (la dirección del flujo de corriente cuando hay una carga del equipo del usuario) . atado).
Con los polos de campo de hierro del rotor de polaridad opuesta girando en la misma dirección en el generador y los dos devanados de polos de hierro de cada devanado de par de polos del estator monofásico en direcciones opuestas, los voltajes inducidos de los devanados de par de polos. para un valor mayor de voltaje de salida en una fuente monofásica.
El generador de CA trifásico que se muestra en Figura 4 se describe como un "generador de 2 polos". "Bipolar" significa que hay dos polos o un par de polos para cada fuente de CA monofásica en el generador. Los generadores de cuatro, seis u ocho polos no son infrecuentes.
Tan pronto como los devanados se colocan en las piezas polares y las piezas polares se instalan en el núcleo de metal, el montaje de papelería llamado estator, elemento estacionario o conjunto estatórico del generador trifásico de corriente alterna.
Figura 4. Un generador de CA trifásico, de 2 polos y de 3 hilos conectado en una configuración de estrella
La rotación del campo electromagnético del rotor da como resultado tres formas de onda de voltaje alterno monofásico de potencia. Como se muestra en Figura 3, la forma de onda de cada devanado monofásico polar cambia de voltaje cero a un pico positivo y regresa a voltaje cero a medida que la polaridad del rotor cambia de campo a polo.
yo máquina bipolar, el rotor viaja 180 grados mecánicos y una forma de onda sinusoidal de fase separada viaja 180 grados eléctricos para formar o completar la alternancia positiva. En la próxima media revolución o 180 grados mecánicos, con la salida de la polaridad del polo magnético opuesto al campo del rotor a través de la misma serie de devanados monofásicos, la forma de onda sinusoidal de la fase dada cambia de voltaje cero a un pico negativo. y volver a tensión cero en 180 grados eléctricos para formar o completar una alternancia de tensión negativa.
Los polos del campo de hierro electromagnético en el conjunto del rotor completaron una revolución mecánica de 360 grados mecánicos: una de las formas de onda monofásicas completó un ciclo de 360 grados eléctricos.
Recuerde que las tres fuentes de CA monofásicas están compensadas entre sí por 120 grados: todas realizarán sus ciclos completos individuales a medida que el rotor continúa girando. Con el inicio de la segunda revolución mecánica, la forma de onda sinusoidal de cada fase pasará por el siguiente semiciclo positivo cuando el polo magnético del electroimán del rotor barre los devanados respectivos para iniciar otro ciclo.
Frecuencia del generador de CA
La frecuencia de la fuente de alimentación de CA es el número de ciclos que las tres formas de onda sinusoidales de CA monofásicas completan en un segundo.
En este punto de nuestra discusión, el número de revoluciones que completa el electroimán del rotor en un segundo controla la frecuencia del voltaje de salida de CA del generador (dínamo o generador de CA).
Figura 5. Alternador trifásico de 4 polos
Sesenta hercios (Hz) es la frecuencia estándar del sistema de generación, transmisión o distribución de energía de CA en los Estados Unidos y Canadá.
En un sistema de generación de energía eléctrica trifásico de 60 Hz CA, el campo electromagnético giratorio del conjunto del estator en el generador de CA trifásico de 2 polos completará 60 revoluciones en un segundo.
Cada fuente de CA monofásica en la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica de CA completará un ciclo eléctrico de una fase (aproximadamente 3600) 60 veces en ese mismo segundo. En un minuto, el campo electromagnético giratorio habrá completado 3600 revoluciones: La velocidad de rotación síncrona del generador es de 3600 rpm.
Dos factores determinan la frecuencia de salida de un generador de CA trifásico:
(1) La velocidad de rotación del rotor y
(2) Rellene los polos del estator.
En un sistema de generación, transmisión o distribución de energía eléctrica alterna de 60 Hz, 60 revoluciones eléctricas por segundo divididas por 2 para la mitad de una revolución mecánica es igual a 30 revoluciones mecánicas por segundo. Amplificado por 60, este generador de CA trifásico de 4 polos (dos pares de polos por fase) funcionará a solo 1800 rpm.
Como un aumenta el número de pares de polos, disminuye la velocidad de movimiento del campo electromagnético giratorio dentro del conjunto del estator. La velocidad de giro, que vendrá determinada por dos factores principales:
(1) La frecuencia deseada de la fuente de alimentación de CA y
(2) Número de polos del estator
Se puede calcular en términos de esta sencilla fórmula:
S = (120 × f) ÷ P
Dónde S es la velocidad de rotación (sincrónica) del campo magnético giratorio en revoluciones por minuto
F la frecuencia de la fuente de alimentación en Hertz (ciclos eléctricos por segundo)
pags es el número real de polos, no pares de polos, por grado.
Ejemplo: Si un generador de CA trifásico se configura en el punto de fabricación como 6 polos impulsados por un transformador principal para generar un voltaje de salida de CA de 60 Hertz, la velocidad sincrónica del rotor en el generador se determinará de la siguiente manera:
S = (120 × 60) ÷ 6 = 1200 rpm
Dado que el número de polos del estator es constante para un generador de CA trifásico dado, la frecuencia de salida se controla controlando la velocidad del rotor (el campo electromagnético giratorio).
Dado que 60 Hertz es una frecuencia estándar en los Estados Unidos y Canadá, la siguiente lista proporciona velocidades de rotor síncrono para generadores de CA trifásicos con diferentes números de polos.
[begin{matrix} text{2 Poles} & {} & text{3600 RPM} text{4 Poles} & {} & text{1800 RPM} text{6 Poles} & {} & text{1200 RPM} end{matrix}]
Voltaje de salida del generador de CA
La lectura de un voltímetro de CA se denomina valor rms o rms (raíz cuadrática media) del voltaje: tanto los valores máximos de la forma de onda del voltaje de CA como la frecuencia de repetición afectan el voltaje rms. En otras palabras, el voltaje de salida de un generador de CA trifásico se ve afectado por tres factores:
- El número de vueltas (o vueltas) de alambre en el devanado del estator,
- Velocidad del rotor giratorio, y
- La fuerza del campo magnético en el rotor.
El número de vueltas de cable en el estator (1) no se puede cambiar en un generador dado sin reestructurar y rebobinar el estator, y (2) la velocidad de rotación generalmente se mantiene en un cierto nivel para proporcionar una frecuencia de salida constante. Por lo tanto, la magnitud del voltaje de salida se controla aumentando o disminuyendo la intensidad del campo electromagnético del rotor giratorio (3).
La fuerza del campo electromagnético se puede controlar aumentando o disminuyendo la magnitud de la corriente de excitación de CC al devanado del campo del rotor.
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