Generadores de Corriente Alterna y su Funcionamiento.

Los generadores de corriente alterna (CA) funcionan mediante la interacción entre un campo magnético y un sistema de bobinas para generar energía eléctrica. Aunque comparten principios con los generadores de corriente continua (CC), presentan características específicas que los hacen únicos en su diseño y operación.
Producción del Campo Magnético
El campo magnético necesario para el funcionamiento de un generador de CA se crea mediante un devanado de campo, que actúa como un electroimán. Este requiere una fuente de corriente continua (CC) para su excitación. A diferencia de los generadores de CC, los generadores de CA no pueden autoexcitarse, ya que su salida es de corriente alterna. Por ello, utilizan una fuente separada de CC, como un pequeño generador auxiliar incorporado en la misma máquina.
Armadura Estacionaria y Campo Rotatorio


En generadores de potencias elevadas, las bobinas de armadura se montan de forma estacionaria en la cubierta del generador, mientras que el campo magnético rota en su interior. Esta configuración presenta ventajas significativas:
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Eliminación de anillos rozantes para la armadura: La conexión directa de la armadura al circuito externo evita problemas de aislamiento asociados con altas potencias.
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Alta velocidad de rotación: El devanado de campo giratorio soporta mejor las fuerzas centrífugas, permitiendo mayores velocidades.
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Mayor capacidad de aislamiento: Facilita la generación de voltajes más altos en comparación con configuraciones de armadura rotatoria.
El movimiento relativo entre el campo magnético y las bobinas de armadura es esencial para inducir voltaje. Este principio permite la existencia de configuraciones con armadura estacionaria, que son predominantes en los generadores de CA.
Generadores Monofásicos y Trifásicos

Generadores Monofásicos
Un generador monofásico tiene un único devanado de armadura, cuya salida es sinusoidal y está determinada por la suma de los voltajes inducidos en sus bobinas. Aunque su diseño es sencillo, estos generadores son poco comunes debido a su limitada eficiencia.
Generadores Trifásicos

Los generadores trifásicos son más eficientes y versátiles. Poseen tres devanados de armadura separados por 120 grados eléctricos, generando tres voltajes sinusoidales desfasados entre sí. Estas características permiten una transmisión de energía más equilibrada y reducen las fluctuaciones de potencia.
Los devanados de un generador trifásico pueden conectarse en configuraciones Delta o Y, que afectan las características de voltaje y corriente:
Regulación del Voltaje en Generadores de CA


El voltaje de salida de un generador de CA varía con los cambios en la carga y el factor de potencia del circuito. Estas variaciones se deben a:
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Caída de voltaje resistiva (IR): Proporcional a la corriente de carga.
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Caída de voltaje inductiva (IX): Dependiente del factor de potencia y la reactancia del devanado.
Para mitigar estas variaciones, los generadores incorporan reguladores auxiliares que ajustan la corriente de excitación del campo en respuesta a los cambios en el voltaje de salida. Esto garantiza un suministro estable y confiable de energía.
Medidas Angulares y Generación de Onda Senoidal
En un generador, el movimiento rotatorio del campo o armadura se representa en términos angulares. La rotación completa de 360 grados geométricos equivale a un ciclo completo de CA. En generadores con más de dos polos, el ciclo eléctrico se completa en menos grados geométricos, dependiendo del número de polos.

La forma de onda de salida es una onda senoidal, cuyo valor instantáneo se calcula mediante la ecuación:
v = VM sen θ
en donde,
v = valor instantáneo del voltaje enV
VM = valor máximo del voltaje en V
θ = ángulo de rotación en grados (θ es la letra griega theta minúscula)

Figura : Dos ciclos de voltaje alterno generado por la espira giratoria.
Ventajas de Generadores de CA con Armadura Estacionaria
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Mayor eficiencia de aislamiento: Permite voltajes más altos.
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Reducción de componentes mecánicos: Minimiza el uso de anillos rozantes y escobillas.
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Adaptabilidad a altas velocidades: Mejora el rendimiento en aplicaciones industriales.
Aplicaciones Especiales
En ciertos generadores de CA, se utiliza un imán permanente en lugar de un electroimán para el campo magnético. Aunque eliminan la necesidad de anillos rozantes, su baja potencia de salida limita sus aplicaciones.
Términos destacados:
- armadura estacionaria (stationary armature)
- armadura rotatoria (rotating armature)
- campo magnético (magnetic field)
- carga (load)
- caída de voltaje inductiva (inductive voltage drop)
- caída de voltaje resistiva (resistive voltage drop)
- ciclo eléctrico (electrical cycle)
- conexión Delta (Delta connection)
- conexión Y (Y connection)
- corriente alterna (alternating current)
- corriente continua (direct current)
- decaimiento (decay)
- deformación (deformation)
- devanado de campo (field winding)
- disipación de energía (energy dissipation)
- eficiencia (efficiency)
- electroimán (electromagnet)
- energía eléctrica (electric energy)
- factor de potencia (power factor)
- fuerza centrífuga (centrifugal force)
- frecuencia (frequency)
- generador auxiliar (auxiliary generator)
- generadores de corriente alterna (alternating current generators)
- generadores monofásicos (single-phase generators)
- generadores trifásicos (three-phase generators)
- inducción mutua (mutual induction)
- isolación (isolation)
- medidas angulares (angular measurements)
- onda senoidal (sinusoidal wave)
- potencia (power)
- regulación de voltaje (voltage regulation)
- rotor (rotor)
- sistema de regulación (regulation system)
- tensiones sinusoidales (sinusoidal voltages)
- tensión de fase (phase voltage)
- tensión de línea (line voltage)
- voltaje de salida (output voltage)
- voltaje instantáneo (instantaneous voltage)
- voltaje máximo (maximum voltage)
- ángulo de rotación (rotation angle)
Los generadores de corriente alterna son fundamentales para la generación y distribución de energía eléctrica. Su diseño, que incluye armaduras estacionarias y campos rotatorios, maximiza la eficiencia y confiabilidad. Las configuraciones trifásicas y los sistemas de regulación avanzados permiten adaptarse a una amplia gama de aplicaciones, desde el suministro doméstico hasta la generación industrial.
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