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Generadores
síncronos
Principios
de un generador trifásico (o motor)
Todos los generadores trifásicos utilizan un campo magnético
giratorio.
En el dibujo de la izquierda hemos instalado tres electroimanes
alrededor de un círculo.
Cada uno de los tres imanes está conectado a su propia
fase en la red eléctrica
trifásica.
Como puede ver, cada electroimán
produce alternativamente un polo norte y un polo sur hacia el
centro. Las letras están en negro cuando el magnetismo
es fuerte, y en gris claro cuando es débil. La fluctuación
en el magnetismo corresponde exactamente a la fluctuación
en la tensión de cada fase. Cuando una de las fases alcanza
su máximo, la corriente en las otras dos está circulando
en sentido opuesto y a la mitad de tensión. Dado que la
duración de la corriente en cada imán es un tercio
de la de un ciclo aislado, el campo magnético dará
una vuelta completa por ciclo.
Operación
de un motor síncrono
La aguja de la brújula (con el polo norte pintado
de rojo) seguirá exactamente el campo magnético,
y completará una revolución por ciclo. En una red
de 50 Hz, la aguja completará 50 revoluciones por segundo,
lo que equivale a 50 veces 60 = 3000 r.p.m. (revoluciones por
minuto).
En el dibujo de arriba, hemos construido
de hecho lo que se llama motor síncrono bipolar
de imán permanente. La razón por la que se llama
motor síncrono es que el imán del centro girará
a una velocidad constante síncrona (girando exactamente
como el ciclo) con la rotación del campo magnético.
La razón por la que se le llama bipolar
es que tiene un polo norte y un polo sur. Puede parecerle tripolar,
pero de hecho la aguja de la brújula siente la tracción
de la suma de los campos magnéticos que están alrededor
de su propio campo magnético. Por tanto, si el imán
de la parte superior es un polo sur fuerte, los dos imanes de
la parte inferior equivaldrán a un polo norte fuerte.
Se llama motor de imán permanente
debido a que la aguja de la brújula del centro es un imán
permanente, y no un electroimán (se podría fabricar
un motor real sustituyendo la aguja de la brújula por
un potente imán permanente, o un electroimán que
mantenga su magnetismo gracias a una bobina, arrollada alrededor
de un núcleo de hierro, alimentada con corriente continua).
Al montaje con los tres electroimanes
se le denomina estator del motor, porque es la parte del
motor que permanece estática (en el mismo lugar). La aguja
de la brújula del centro es el llamado rotor, obviamente
porque es la parte que gira.
Operación
de un generador síncrono
Si empieza a forzar el imán para que gire (en
lugar de dejar que la corriente de red lo mueva) descubrirá
que trabaja como generador, devolviendo corriente alterna a la
red (debería tener un imán más potente para
producir mucha electricidad). Cuanta más fuerza (par torsor)
le aplique, mayor electricidad producirá, aunque el generador
seguirá girando a la misma velocidad, impuesta por la
frecuencia de la red eléctrica.
Puede desconectar completamente el generador
de la red y construir su propia red eléctrica trifásica,
enganchando bombillas a tres bobinas arrolladas a electroimanes
(recuerde el principio de inducción
eléctrica/magnética del manual de referencia
de este sitio web). Sin embargo, si desconecta su generador de
la red principal tendrá que accionarlo a una velocidad
de giro constante para que produzca corriente alterna a una frecuencia
constante. Por lo tanto, con este tipo de generador, normalmente
querrá usar una conexión
indirecta a red del generador.
En la práctica, los generadores síncronos
de imán permanente no son muy usados. Hay varias razones
para que así sea. Una ellas es que los imanes permanentes
tienden a desmagnetizarse al trabajar en los potentes campos
magnéticos en el interior de un generador. Otra de las
razones es que estos potentes imanes (fabricados a partir de
tierras raras, como el neodimio) son bastante caros, a pesar
de que los precios han disminuido últimamente.
Turbinas
eólicas con generadores síncronos
Las turbinas eólicas que utilizan generadores
síncronos suelen usar imanes en el rotor alimentados por
corriente continua de la red eléctrica. Dado que la red
suministra corriente alterna, hay que convertir la corriente
alterna en corriente continua antes de enviarla a las bobinas
arrolladas a los electroimanes del rotor.
Los electroimanes del rotor están
conectados a la corriente mediante escobillas y anillos rozantes
en el árbol (eje) del generador.
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