1. ¿Por qué casi todas las máquinas síncronas de gran tamaño se construyen con un sistema de campo giratorio?
Las siguientes son las principales ventajas de la construcción tipo sistema de campo giratorio de máquinas síncronas:
- La cantidad relativamente pequeña de energía, alrededor del 2%, requerida para el sistema de campo mediante anillos colectores y cepillos.
- Para las mismas dimensiones del entrehierro, que normalmente se decide por la clasificación de kVA, hay más espacio disponible en la parte del estator de la máquina para proporcionar más aislamiento al sistema de conductores, especialmente para máquinas con clasificación de 11 kV o superior.
- El aislamiento del sistema estacionario de conductores no está sujeto a tensiones mecánicas debido a la acción centrífuga.
- El sistema estacionario de conductores se puede sujetar fácilmente para evitar deformaciones.
- Es fácil proporcionar una disposición de refrigeración para un sistema estacionario de conductores.
- La conexión estacionaria firme entre el circuito externo y el sistema de conductores permite que la máquina maneje una gran cantidad de voltamperios de hasta 500 MVA.
2. Escriba la ecuación para la frecuencia de fem inducida en un alternador.
La frecuencia de fem inducida en un alternador, f, expresada en ciclos por segundo o Hz, viene dada por la siguiente ecuación
F = (PN)/120 Hz,
Donde P- Número de polos
N-Velocidad en rpm
3. ¿Cómo se clasifican los alternadores?
Según tipo de sistema de campo
- Tipo de sistema de campo estacionario
- Tipo de sistema de campo giratorio
Según la forma del sistema de campo.
4. Nombra los tipos de alternador según la construcción de su rotor.
Los alternadores se pueden clasificar en los dos tipos siguientes según la construcción de su rotor.
- Alternador de tipo cilíndrico liso
5. ¿Por qué los Alternadores cilíndricos funcionan con turbinas de vapor?
Se ha descubierto que las turbinas de vapor funcionan con una eficiencia bastante buena sólo a altas velocidades. El funcionamiento a alta velocidad de los rotores tiende a aumentar las pérdidas mecánicas, por lo que los rotores deben tener una superficie externa lisa. Por lo tanto, los rotores de tipo cilíndrico liso con menor diámetro y gran longitud axial se utilizan para generadores síncronos impulsados por turbinas de vapor con 2 o 4 polos.
6. ¿Qué tipo de generadores síncronos se utilizan en las centrales hidroeléctricas y por qué?
Como la velocidad de operación es baja para las turbinas hidráulicas que utilizan plantas hidroeléctricas, se utilizan generadores síncronos del tipo de polo saliente. Estos permiten una mejor ventilación y también tienen otras ventajas sobre el rotor de tipo cilíndrico liso.
7. ¿Cuáles son las ventajas de la construcción tipo polo saliente utilizada en máquinas síncronas?
Las ventajas de la construcción tipo polo saliente son:
- Permiten una mejor ventilación
- Las caras de los polos tienen una forma tal que la longitud del entrehierro radial aumenta desde el centro del polo hasta las puntas de los polos, de modo que la distribución del flujo en el entrehierro tiene forma sinusoidal, lo que ayudará a la máquina a generar fem sinusoidal.
- Debido a la reluctancia variable, la máquina desarrolla una potencia de reluctancia adicional que es independiente de la excitación.
8. ¿Por qué está laminado el núcleo del estator del alternador?
El núcleo del estator del alternador está laminado para reducir la pérdida por corrientes parásitas.
9. ¿En qué se diferencia el título eléctrico del grado mecánico?
El grado mecánico es la unidad para contabilizar el ángulo entre dos puntos en función de su ubicación mecánica o física. El grado eléctrico se utiliza para calcular el ángulo entre dos puntos en máquinas eléctricas giratorias. Dado que todas las máquinas eléctricas funcionan con la ayuda de campos magnéticos, el grado eléctrico se cuenta en relación con el campo magnético. 180 grados eléctricos se consideran el ángulo entre los polos norte y sur adyacentes.
10. ¿Cuál es la relación entre el grado eléctrico y el grado mecánico?
El grado eléctrico Ѳe y el grado mecánico Ѳm están relacionados entre sí con el número de polos P que tiene la máquina eléctrica, como lo indica la siguiente ecuación
Ѳe=(P/2)Ѳm
11. ¿Qué es el bobinado distribuido?
Cuando los lados de la bobina que pertenecen a cada fase están alojados o distribuidos en más de una ranura debajo de cada región polar, entonces el devanado se llama devanado distribuido. Una bobina de paso completo tiene un ancho de bobina de 180ºε, también llamado tramo de bobina, donde el ángulo β entre ranuras adyacentes en grado eléctrico y x=1,2,3…
12. ¿Por qué se prefiere el devanado de paso corto al devanado de paso completo?
Ventajas
- La forma de onda de la fem se puede convertir aproximadamente en una onda sinusoidal y los armónicos distorsionadores se pueden reducir o eliminar por completo.
- El material conductor, el cobre, se ahorra en las conexiones de los extremos posterior y frontal debido a la menor extensión de la bobina.
- Se puede utilizar un devanado de ranura fraccional con un número fraccionario de ranuras/fase, lo que a su vez reduce las ondulaciones de los dientes.
- Se aumenta la resistencia mecánica de la bobina.
13. Escribe la fórmula del factor de distribución.
Kd = sen(mβ/2)/m sen(β/2) o Kdn=sen(mn β/2) /m sen (n β/2)
m= número de ranuras/ polo/ fase
β=Ángulo entre ranuras adyacentes en grados eléctricos
n = orden de armónico
14. Definir factor de bobinado.
El factor de devanado Kd se define como la relación entre la suma fasorial de la fem inducida en todas las bobinas pertenecientes a cada devanado de fase y su suma aritmética.
15. ¿Por qué los alternadores están clasificados en kVA y no en kW?
La potencia nominal continua de cualquier máquina se define generalmente como la potencia que la máquina o aparato puede entregar durante un período continuo de modo que las pérdidas incurridas en la máquina den lugar a un aumento constante de temperatura que no exceda el límite prescrito por la clase de aislamiento.
Aparte de las pérdidas constantes que se producen en los alternadores, está la pérdida de cobre, que se produce en el devanado trifásico y que depende de I2 R, el cuadrado de la corriente entregada por el generador. Como la corriente está directamente relacionada con la potencia aparente entregada por el generador, los alternadores solo tienen como potencia nominal su potencia aparente en VA/kVA/MVA.
16. ¿Cuáles son las causas de los cambios de voltaje en los alternadores cuando están cargados?
Las variaciones en el voltaje de los terminales en alternadores en condición de carga se deben a las siguientes tres causas:
- Variación de tensión debida a la resistencia del devanado, R
- Variación de tensión debida a la reactancia de fuga del devanado, Xt
- ·Variación de tensión por efecto de reacción del inducido, Xa
17. ¿Qué se entiende por reacción de armadura en alternadores?
La interacción entre el flujo generado por los conductores de la armadura portadores de corriente Φa y el flujo del campo principal Φm se define como reacción de la armadura.
18. ¿Qué quieres decir con reactancia sincrónica?
Reactancia síncrona X s= (Xl + Xa)
El valor de la reactancia de fuga Xl es constante para una máquina según su construcción. Xa depende del estado de saturación de la máquina. Es el
adición de Xa, que representa el efecto de reacción de armadura entre dos campos magnéticos que actúan sincrónicamente y que hace que la reactancia total Xa se denomine reactancia sincrónica.
19. ¿Qué se entiende por impedancia síncrona de un alternador?
La suma compleja de resistencia, R y reactancia síncrona, jXs, se puede representar en conjunto mediante una única impedancia compleja Zs llamada impedancia síncrona.
En forma compleja Zs = (R + jXs)
En forma polar Zs =I Zs I< Ѳ
y donde I Zs I=√(R²+X²s)
y Ѳ=Tan-1 (Xs/R)
20. ¿Qué se entiende por ángulo de carga de un alternador?
El ángulo de fase introducido entre el fasor de fem inducida, E y el fasor de tensión terminal, U durante la condición de carga de un alternador se denomina ángulo de carga.
21. ¿De qué factores depende el ángulo de carga?
La magnitud del ángulo de carga δ aumenta con el aumento de la carga. Además, el ángulo de carga es positivo durante el funcionamiento del generador y negativo durante el funcionamiento del motor.
22. Se descubre que un alternador tiene un voltaje terminal en condiciones de carga mayor que en condiciones sin carga. ¿Cuál es la naturaleza de la carga conectada?
La naturaleza de la carga es de factor de potencia principal, carga que consta de resistencia y reactancia capacitiva.
23. Defina el término regulación de voltaje del Alternador.
La regulación de voltaje de un alternador se define como el cambio en el voltaje terminal desde la condición sin carga hasta la condición de carga expresada como una fracción o porcentaje del voltaje terminal en la condición de carga; las condiciones de velocidad y excitación permanecen iguales.
Regulación de voltaje en porcentaje, URP = [(|E|-|U|)/|U| ]x100
24. ¿Cuál es la necesidad de predeterminar la regulación de voltaje?
La mayoría de los alternadores se fabrican con gran potencia nominal, cientos de kW o MW, y también con gran tensión nominal de hasta 33 kV. Para alternadores de tales clasificaciones de potencia y voltaje no es posible realizar pruebas de carga. Por lo tanto, se utilizan otros métodos indirectos de prueba y el rendimiento, como la regulación de voltaje, se puede predeterminar con cualquier corriente de carga y factor de potencia deseados.
25. Nombra los diversos métodos para predeterminar la regulación de voltaje del alternador trifásico.
Los siguientes son los tres métodos que se utilizan para predeterminar la regulación de voltaje de alternadores de tipo cilíndrico liso.
- Impedancia síncrona / método EMF
