DISPOSITIVOS DE EXCITACIÓN DE LOS ALTERNADORES

Capitulo II DISPOSITIVOS DE EXCITACIÓN DE LOS ALTERNADORES

2.1 Introducción.

Las magnitudes de corriente continua, como fuentes de alimentación para la excitación de los alternadores, van disminuyendo cada día en importancia. La rectificación por medio del colector ha sido sustituida por semiconductores. Del mismo modo los reguladores electromecánicos se van sustituyendo por reguladores eléctricos. Sin embargo, todavía se siguen usando excitatrices de corriente continua con reguladores de sectores rodantes para pequeños generadores.

2.2. Parámetros básicos de un sistema de excitación.

Las características de los sistemas de excitación se especifican fundamentalmente con ayuda de los parámetros.

La tensión máxima de la excitatriz (techo de tensión, “ceiling coltage”)

Velocidad de excitación.

El techo de tensión de las excitatrices de los turboalternadores suelen ser muy a menudo de un 40% a un 80% superior a la tensión nominal de excitación elegida.

Para determinar la velocidad de excitación se procede de la siguiente manera: se hace girar el alternador en vacío, y se regula la tensión de la excitatriz hasta que el generador suministre la tensión nominal. A continuación se cortocircuita el reóstato de campo de excitatriz y se mide como va variando la tensión en bornes del alternador en vacío con el tiempo. Estos valores se llevan sobre una gráfica (figura 2). Se sustituye la curva u=f(f) por una recta AC tal intersecta con la curva u=f(f)¸ para el intervalo de tiempo comprendido entre t = 0 y t = 0,5 s, punto D, la misma área por encima y por debajo de ella. La pendiente de esta curva, tg∝, representa la velocidad de excitación.

Referida a la tensión de excitación nominal, la velocidad de crecimiento de la tensión debe ser, para grandes máquinas, por lo menos de 0,5, es decir, que con una tensión nominal 0A de 250[V], la velocidad de crecimiento de la tensión debe alcanzar por lo menos los 125[V/s]

2.3. Excitación con excitatrices de corriente continua.-

Para alternadores de pequeña potencia, como excitatrices pueden emplearse máquinas de C.C. con excitación derivación a las que se añade un devanado en serie para mejorar (figura 2.3.1). Generalmente la excitatriz va montada sobre el mismo eje del alternador.

A partir de la característica del vacío de la máquina de corriente continua excitación derivación (figura 2.3.2) se ve que existe un valor de la resistencia del circuito de derivación a partir del cual la maquina no se auto excita.

El valor de esta resistencia crítica para el generador de característica 1 viene dado por la pendiente de la recta OA. Para corrientes de excitación comprendidas entre los puntos O y A la maquina 1 no es estable. Además, para valores próximos a ella, pequeñas variaciones de temperatura pueden ya provocar aumentos de la resistencia del circuito de excitación que den lugar a grandes variaciones de la tensión.

Figura 2.3.1 excitatriz de corriente continua de un alternador

A fin de subsanar este inconveniente , se diseñan las excitatrices de modo que den una característica de vacío curva a partir de pequeñas intensidades de excitación, es decir que se pase de una máquina del tipo curva característica 1 a una del tipo de 2 (figura 2.3.2).Entre los distintos métodos que existen para lograr este objetivo están la disminución de la sección de los polos inductores por medio de hendiduras (polos de regulación) (figura 2.3.3),o la introducción en el circuito magnético de material de baja permeabilidad (figura 2.3.3 B).Estas modificaciones producen una reducción de la tensión máxima de la excitatriz e imponen un sobredimensionamiento de la misma.

Figura 2.3.2 Características del vacío de las excitatrices: 1= Sin polos de regulación; 2= con polos de regulación

Figura 2.3.3. Modificación de la característica de vacío de la excitatriz: A) mediante hendiduras (polos de regulación): B) mediante entre hierros entre la carcaza y el polo.

Para alternadores de potencia elevada se emplea un sistema de excitación compuesta por una excitatriz principal, que es un generador de corriente continua una excitación independiente y una excitatriz piloto de excitación derivación (figura 2.3.4).La excitatriz principal es excitada por medio de la excitatriz piloto. Con este sistema se consigue además una mayor estabilidad de la tensión generada y un aumento hasta cinco veces mayor de la rapidez de respuesta.

Figura 2.3.4 Sistema de excitación de un alternador a base de una excitatriz principal y una excitatriz piloto.

A pesar de que el campo negativo constituye una carga constante para la excitatriz piloto, su empleo se justifica por la mejora en la respuesta de la excitatriz principal, puesto que en caso de necesidad de excitación rápida del generador, se puede abrir el interruptor 1.

2.4 Excitación con diodos rectificadores

El uso de máquinas de corriente continua como excitatrices presenta serios inconvenientes cuando se trata de alimentar alternadores de elevada potencia y de elevada velocidad de giro, como es el caso de los turboalternadores, debidos fundamentalmente a la presencia del colector de delgas y a la fiabilidad relativamente baja del sistema. Para hacerles frente, una primera solución consiste en sustituir la dinamo por un alternador de inducido móvil y un puente rectificador montado sobre el propio rotor (2.4.1). Con lo que se elimina el contacto móvil anillados escobillas (excitación sin escobillas).

2.4.1 Dispositivo de excitación con excitatriz de corriente alterna y diodos rectificadores

En la actualidad, dada la fiabilidad y el nivel de potencia logrado por los diodos tiristores, hace que se empleen estos en la mayoría de los dispositivos de excitación.

2.4.4 Dispositivos de excitación con excitatriz de corriente alterna y diodos

1= excitatriz de corriente alterna (f=150hz)

2=puente de diodos

3=excitatriz

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