¿Qué es un generador eléctrico?
El generador es el equipo que convierte la energía mecánica de rotación obtenida en el rodete en energía eléctrica. Su funcionamiento es consecuencia de la ley de Faraday, de inducción electromagnética. Esta versa sobre la producción de corriente eléctrica a partir del movimiento de un conductor eléctrico en un campo magnético.
Los generadores eléctricos son máquinas muy evolucionadas obteniéndose un rendimiento bastante alto (95%) en funcionamiento nominal. La instalación de una multiplicadora se justifica si con ello aumentamos la velocidad de giro del rotor del generador, reduciendo su tamaño y coste. La reducción de tamaño se justifica en la reducción del número de polos del generador al tener mayor velocidad el eje. La instalación de este equipo lleva asociada unas pérdidas mecánicas.
Las partes más importantes del generador son las siguientes:
- Rotor o inductor móvil. Genera el campo magnético en el que se basa el funcionamiento del generador. En el inicio, toma corriente de la red para conseguir el campo magnético; una vez que la máquina está en régimen, es autónomo.
- Estator o inducido fijo. Esta parte genera la energía eléctrica y la conduce hacia los equipos instalados a continuación.
En las instalaciones cuya potencia es inferior a 1 MW, la tensión de trabajo del generador es menor de 1 KV. Para mayores potencias, la generación se produce en media tensión.
Por otra parte, el generador puede ser de dos tipos:
- Síncrono
- Asíncrono
Generador síncrono
Este tipo de generador convierte la energía eléctrica a partir de una velocidad constante en el eje, definida por la siguiente expresión:
Donde:
- ns: velocidad de sincronismo expresada en rpm.
- f: frecuencia en Hz (50 Hz en España).
- p: número de pares de polos del generador.
El acoplamiento de la turbina se producirá cuando el eje de la misma alcance la velocidad de sincronismo del generador. De esta forma, se comienza a producir la energía eléctrica con la misma frecuencia que la de la red. Como consecuencia, dicho acoplamiento supone otro requisito a cumplir a la hora de llevar a cabo el arranque de una instalación eléctrica. Se necesita un regulador de velocidad que funcione con el regulador de carga de la central.
La creación del campo magnético en el rotor, se obtiene de las bobinas arrolladas a partir de una corriente eléctrica continua que circula por estas bobinas.
Esta corriente continua se obtiene a partir de alguno de los siguientes procedimientos:
- Autoexcitación estática. Corriente procedente de la energía eléctrica generada cuando la instalación se encuentra en funcionamiento y está generando energía eléctrica.
- Excitación con diodos giratorios. Generan una corriente alterna invertida, a través de los polos del estator.
- Excitación auxiliar. Es necesaria cuando se inicia el funcionamiento del generador, se obtiene de la red o mediante una dinamo auxiliar regulada.
Generador asíncrono
Los motores eléctricos asíncronos son el origen de este tipo de generadores. Estas máquinas son utilizadas en muchas aplicaciones industriales, su evolución y su sencillez las presentan como máquinas robustas y de bajo coste. Otra de sus características es su potencial utilización como generadores eléctricos, especialmente en centrales de pequeña potencia.
El requisito en el funcionamiento de la instalación para utilizar este tipo de generadores es que el par mecánico comunicado al rotor debe conseguir una velocidad de giro superior a la de sincronismo.
La diferencia entre la velocidad del rotor y la de sincronismo genera un campo giratorio excitador. Cuanto menor sea esta diferencia, menor serán las pérdidas. En estas generaciones, la energía reactiva generada es importante, por tanto, se debe conseguir un factor de carga 1 mediante la utilización de condensadores que compensen la energía reactiva generada.
El arranque en este tipo de instalaciones se realiza sin regulador de velocidad, se abre el distribuidor hasta que la turbina alcanza la velocidad de consigna y, una vez obtenida, se sincroniza con la red, acoplando el generador a través de un interruptor automático.
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