Generadores Síncronos: Fundamentos, Diseño y Rol Esencial en la Energía Eléctrica

Introducción a los Generadores Síncronos

Los generadores de corriente alterna (CA) suelen recibir el nombre de generadores síncronos o alternadores. Una máquina síncrona, ya sea como generador o como motor, opera a velocidad síncrona, es decir, a la velocidad de giro del campo magnético creado por sus bobinas de campo.

Los generadores síncronos son la principal fuente de potencia eléctrica del mundo, convirtiendo energía mecánica en energía eléctrica, con capacidades que van desde una fracción de kVA hasta los 1500 MVA. En la generación eléctrica a pequeña escala, se emplean alternadores acoplados a motores de combustión interna. Estos se utilizan en equipos de emergencia en hospitales, aeropuertos, salas de ordenadores, centrales telefónicas, entre otros, entrando en servicio en el momento en que falla la tensión de la red.

Desde el punto de vista constructivo, existen dos versiones clásicas de generadores síncronos:

• Los de polos salientes, empleados comúnmente en centrales hidráulicas.
• Los de polos lisos o rotor cilíndrico, que se utilizan predominantemente en las centrales térmicas.

Un generador síncrono de campo rotatorio posee una armadura estacionaria, denominada estator. El devanado trifásico del estator está conectado directamente a la carga, lo cual ofrece la ventaja de no requerir grandes y poco confiables anillos colectores ni escobillas. Una armadura estacionaria facilita también el aislamiento de los devanados, ya que no están sujetos a fuerzas centrífugas. El campo es excitado por un generador de corriente continua (CC), casi siempre montado en el mismo eje, como se muestra en el diagrama esquemático de la Figura 2.1. Es importante observar que las escobillas del conmutador deben conectarse a otro juego de escobillas montado sobre anillos colectores para alimentar la corriente directa al campo rotatorio.

Operación en Paralelo de Generadores Síncronos

Los generadores síncronos pueden ser operados en paralelo. De hecho, la operación de un sistema de potencia es más confiable cuando cientos de estas máquinas operan en paralelo, interconectadas por líneas de transmisión, lo que además ofrece ventajas económicas en términos de costos de operación.

Aspectos Constructivos de las Máquinas Síncronas

Las máquinas síncronas, al igual que los demás tipos de máquinas eléctricas, están constituidas por dos devanados independientes:

1. Devanado de campo: Construido en forma de arrollamiento concentrado o distribuido en ranuras, es alimentado por corriente continua (CC) y produce el campo magnético principal en la máquina.
2. Devanado de armadura: Distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna (CA), donde se induce el voltaje principal.

En las máquinas síncronas, los devanados de campo están sobre el rotor, mientras que los de armadura se sitúan en el estator.