Los alternadores son el principal recurso de la industria de generación de energía eléctrica.
Son capaces de generar energía de CA a una frecuencia especificada.
Son también llamados generadores síncronos.
La electricidad se genera en alternadores por inducción electromagnética.
Para generar energía eléctrica en una bobina,
la bobina debe girar con respecto a un campo magnético
o un campo magnético debe girar con respecto a la bobina.
En el caso del alternador, se utliliza este último método.
El rotor y el estator son las dos partes principales de un alternador.
El rotor produce un flujo magnético giratorio.
Las bobinas del estator son estacionarias
y la rotación de un flujo magnético asociado con el rotor
induce electricidad en las bobinas.
El tipo de rotor mostrado aquí se conoce como rotor de polos salientes.
Para tener una mejor comprensión de su funcionamiento
vamos a considerar un rotor con sólo cuatro polos,
las bobinas del rotor se excitan con una fuente de alimentación de CC.
El campo magnético producido alrededor de los polos se muestra a continuación.
El rotor se hace girar por una fuente de energía primaria.
Esto hace que el flujo del rotor gire junto con el eje,
a la misma velocidad.
El flujo magnético rotatorio
se cruza con las bobinas del estator,
que se instalan alrededor del rotor.
Esto generará una FEM
alterna a través del devanado.
Aquí está una versión ralentizada
de la interacción del flujo del rotor con el estator.
Para este sistema de cuatro polos
cuando el rotor gira media revolución,
la FEM inducida realiza un ciclo completo.
Se puede establecer fácilmente que la frecuencia de la FEM inducida,
la velocidad del rotor y el número de polos
están relacionados a través de la relación siguiente:
Queda claro que aquí,
la frecuencia de la electricidad producida se sincroniza
con la velocidad de rotación mecánica.
Para producir corriente alterna trifásica,
son necesarias dos bobinas más en el estator,
que están desfasadas 120 grados de la primera
del devanado del estator.
En general, un extremo de estas tres bobinas se conecta en estrella,
y la electricidad trifásica es extraida de los otros extremos.
Se desprende de esta ecuación que,
con el fin de producir electricidad de 60Hz
un rotor de 4 polos debe funcionar a las siguientes RPM.
Tan altas RPMs inducirán una tremenda fuerza centrífuga sobre las bobinas del rotor,
y pueden dar lugar a fallos mecánicos con el tiempo.
Por esta razón, los rotores de polos salientes tienen gen eralmente
de 10 a 20 polos, lo que exige menos RPM.
O se utilizan rotores de polos salientes
cuando el eje gira a bajas revoluciones.
El núcleo de cada polo es usado para transferir eficazmente
el flujo magnético,
y se hacen con láminas de acero.
Dichas láminas aislantes reducen las pérdidas de energía debido a la formación de corrientes parásitas.
Se muestra, en el devanado trifásico del estator,
un sistema de 12 polos.
Un núcleo en el estator se utiliza para mejorar la transferencia de flujo magnético.
La CC se suministra al rotor a través de un par de anillos colectores.
La CC se suministra desde una fuente externa
o de un pequeño generador CC
que se acopla con el eje en movimiento.
Tales alternadores se denominan auto-excitados.
Con la variación de la carga,
la tensión de salida en los terminales del generador, variará.
Se desea mantener el voltaje en los terminales
en un límite especificado
un regulador de tensión automático ayuda a lograrlo.
La regulación de tensión se consigue
mediante el control de la corriente de excitación.
Si el voltaje del terminal está por debajo del límite deseado,
el control aumenta la corriente de excitación,
así mismo, la intensidad de excitación.
Esto resultará en un aumento de tensión en los terminales de salida.
Si el voltaje en los terminales es alto,
se realiza a la inversa.
Esperamos que hayan tenido una buena introducción
sobre el funcionamiento de los alternadores.
¡Gracias!