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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Equipamiento eléctrico de microcentrales hidroeléctricas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Hidrogeneradores Un hidrogenerador es un generador de corriente eléctrica accionado por una turbina hidráulica. Normalmente, un generador hidráulico es un generador síncrono (Fig. 31), cuyo rotor está conectado a una turbina hidráulica (directamente o mediante mecanismos de transmisión).
También está permitido utilizar un motor eléctrico asíncrono ordinario en modo generador, es decir, la rotación de este motor eléctrico desde una turbina hidráulica también producirá corriente eléctrica, pero en modo asíncrono (Fig. 32). Sin embargo, su uso está limitado por el hecho de que son generadores de potencia activa y consumidores de potencia reactiva. Por tanto, los generadores asíncronos son capaces de funcionar sólo en un sistema donde existe una fuente de potencia reactiva. La potencia reactiva proviene de condensadores conectados en paralelo con la carga o, para mejorar las propiedades operativas del generador asíncrono, se instalan condensadores adicionales en serie con la carga. Pero la eficiencia de esta opción es menor que la de usar un generador síncrono.
El diseño de un hidrogenerador está determinado principalmente por la posición del eje del rotor, la velocidad de rotación, así como el tipo y potencia de la turbina. Los potentes generadores hidráulicos de baja velocidad se suelen fabricar con un eje de rotación vertical, mientras que los generadores de alta velocidad con turbina hidráulica de cangilones se fabrican con un eje de rotación horizontal. La velocidad de rotación de los hidrogeneradores para microcentrales hidroeléctricas varía de 600 a 1500 rpm. La elección del generador en función de las características de velocidad depende del tipo de turbina utilizada. Además, existen características de diseño y funcionamiento de los hidrogeneradores. Los generadores de baja velocidad son más duraderos y fiables, pero son más grandes y más caros. El principio de funcionamiento del generador. El principio de funcionamiento de cualquier generador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. La conversión de la energía mecánica del motor (rotacional) en energía eléctrica se ilustra en la siguiente figura:
Si un marco gira uniformemente en un campo magnético uniforme, entonces surge en él una fuerza electromotriz alterna, cuya frecuencia es igual a la frecuencia de rotación del marco. Ya sea que giremos el marco en un campo magnético, o en un campo magnético alrededor del marco, o en un campo magnético dentro del marco, el resultado será el mismo: una fuerza electromotriz que cambia según una ley armónica. Características distintivas de los generadores síncronos y asíncronos. Un generador síncrono es una máquina eléctrica síncrona que funciona en modo generador, en el que la frecuencia de rotación del campo magnético del estator es igual a la frecuencia de rotación del rotor. El rotor consta de un devanado. Cuando se aplica voltaje a un devanado con polos magnéticos, aparece un campo magnético que crea un campo magnético giratorio. Este campo magnético, al atravesar el devanado del estator, crea en él una fuerza electromotriz. Dependiendo del tipo de devanado, el rotor puede ser de jaula de ardilla o de fase. El campo magnético giratorio creado por el devanado del estator auxiliar induce un campo magnético en el rotor que, al girar con el rotor, crea una fuerza electromotriz en el devanado del estator de trabajo. El rotor, al arrancar la central eléctrica, crea un campo magnético débil, pero a medida que aumenta la velocidad, también aumenta la fuerza electromotriz en el devanado inductor. El voltaje de este devanado se suministra al rotor a través de una unidad de regulación automática (AVR), que controla el voltaje de salida cambiando el campo magnético. Por ejemplo, una carga inductiva conectada desmagnetiza el generador y reduce el voltaje, y cuando se conecta una carga capacitiva, el generador está polarizado y el voltaje aumenta. Esto se llama "reacción de anclaje". Para garantizar la estabilidad del voltaje de salida, es necesario cambiar el campo magnético del rotor regulando la corriente en su devanado (para generadores síncronos), que es proporcionada por la unidad AVR (estabilizador de voltaje). Gracias a este método de ajuste, independientemente de los cambios en la corriente de carga y la velocidad de la turbina de la central hidroeléctrica, se mantiene una alta estabilidad de la tensión de salida del generador. La ventaja de los generadores síncronos es la alta estabilidad de la tensión de salida, pero la desventaja es la posibilidad de sobrecarga de corriente, ya que si la carga es demasiado alta, el regulador puede aumentar excesivamente la corriente en el devanado del rotor. Otra desventaja de los generadores síncronos es la presencia de un conjunto de escobillas, que tarde o temprano habrá que reparar, sin embargo, en la actualidad esta desventaja está prácticamente eliminada. Dado que los generadores síncronos modernos en su mayoría no tienen escobillas, su rotor no tiene un conjunto de escobillas y conmutador, y la corriente en el devanado de campo (en el rotor) es inducida debido al campo magnético alterno creado por el devanado del estator principal y/o adicional. Un generador asíncrono es una máquina eléctrica asíncrona que funciona en modo de frenado y cuyo rotor gira hacia adelante, pero en la misma dirección que el campo magnético del estator. En un generador asíncrono, el rotor tiene la forma de un imán permanente o electroimán. El número de polos del rotor puede ser dos, cuatro, etc., pero siempre múltiplo de dos. En este caso, cuanto menor sea la velocidad de rotación del generador, más polos deberá tener el generador. El campo magnético giratorio siempre permanece inalterado y no es ajustable, por lo que la tensión y la frecuencia a la salida del generador dependen de la velocidad del rotor y, en consecuencia, de la estabilidad de rotación de la turbina hidráulica. A pesar de la facilidad de mantenimiento, la baja sensibilidad a los cortocircuitos y el bajo costo, los generadores asíncronos se utilizan con bastante poca frecuencia, ya que tienen una serie de desventajas: falta de confiabilidad de funcionamiento bajo cargas extremas; dependencia del voltaje de salida y la frecuencia de la corriente del funcionamiento estable de la turbina hidráulica, etc. Autores: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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