3.1 Principio de funcionamiento y construcción del generador síncrono

Principio de funcionamiento en un generador trifásico

Todos los generadores trifásicos utilizan un campo magnético giratorio, en la figura que se muestra se han instalado tres electroimanes alrededor de un círculo. Cada uno de los tres imanes está conectado a su propia fase en la red eléctrica.

Cada electroimán produce alternativamente un polo norte y un polo sur hacia el centro. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.

En las máquinas actuales, se coloca un dispositivo interior giratorio conformado por un núcleo magnético y un conductor dispuesto en forma de espiras llamado rotor (inductor), y una parte externa fija denominado estator (inducido). Al rotor se le suministra una corriente continua para su excitación, la que genera un campo magnético. De acuerdo al Teorema de Ferraras, al hacer girar el rotor mediante un evento externo, se induce en el estator un campo magnético giratorio. Este campo, induce en los devanados del estator una fuerza electro motriz (F.E.M.) alterna senoidal. Una máquina sincrónica, posee dos fuerzas magnetomotrices: la del rotor y la del estator. El rotor gira al recibir un empuje externo desde un motor diesel, turbinas de gas, turbinas de vapor, sistema de ciclo combinado o hidráulico.

En los generadores de gran potencia, se acopla mecánicamente un generador de corriente directa (excitatríz), del que se obtiene la tensión necesaria para excitar al rotor.

Su velocidad de rotación se mantiene constante y tiene un vínculo rígido con la frecuencia f de la red. Su relación fundamental es:

Donde: 

n es la velocidad en rev/min

f es la frecuencia 

p es el numero de polos

Introducción a los generadores síncronos

¿Qué es un generador síncrono? 

El generador síncrono, también conocido como alternador síncrono o sincrónico, es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica. Su velocidad de rotación se mantiene constante y tiene un vínculo rígido con la frecuencia f de la red. En este tipo de generadores el rotor gira de acuerdo a la energía mecánica que se suministra. Esta energía procede de un lo que se llama "impulsor primario" que es el mecanismo que gira por la fuerza mecánica. 

Las máquinas síncronas se pueden clasificar en dos tipos de acuerdo al tipo de arreglo rotor – estator que se emplee. 

• Armadura giratoria: El inducido se encuentra en el rotor, y el campo magnético en el estator. 
• Campo giratorio: El inducido se encuentra en el estator, y el campo magnético en el rotor.

Entre los diferentes tipos de generadores síncronos existen los de tipo trifásico, que son los más comunes en la generación de energía eléctrica para uso domiciliario e industrial, así como también existen generadores monofásicos. Son los encargados de generar la mayor parte de la energía eléctrica consumida en la red, funcionan bajo el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.

La razón por la que se llama generador síncrono es la igualdad entre la frecuencia eléctrica como la frecuencia angular es decir el generador girara a la velocidad del campo magnético a esta igualdad de frecuencias se le denomina sincronismo.

Características de los generadores síncronos

• Su salida es usualmente corriente alterna, en algunos casos se emplean rectificadores para obtener una salida de directa. 
• Las estaciones emplean dos o más generadores en paralelo para suplir las demandas variantes de energía. 
• Para generadores de alta frecuencia se emplean turbinas de vapor alimentadas por combustibles fósiles o fuentes de energía nuclear. 
• Para generadores de baja frecuencia se emplean turbinas hidráulicas.