Diferencia entre generador síncrono de rotor cilíndrico y de polo saliente

Estamos bastante familiarizados con el generador síncrono o, a menudo, llamado alternador. Hay principalmente dos tipos de generador síncrono desde el punto de vista de la construcción del rotor. Los dos tipos principales de máquinas síncronas son de rotor cilíndrico y de polo saliente. Prominencia simplemente significa proyección hacia afuera. Por lo tanto, a partir del significado literal de Prominencia, se puede adivinar que las máquinas de polos salientes deben tener polos que sobresalgan hacia afuera. En general, las máquinas de rotor cilíndrico se limitan a generadores de turbina de 2 y 4 polos, mientras que los tipos de polo saliente se construyen con 4 polos hacia arriba e incluyen la mayoría de las clases de servicio. Ambas clases de máquinas son similares en el punto de vista de la construcción del estator. Cada uno tiene un estator que lleva un devanado trifásico distribuido en su periferia interna.

Dentro del orificio del estator se encuentra el rotor que está magnetizado por un devanado que transporta corriente continua. La principal diferencia entre las clases de máquinas de rotor cilíndrico y polo saliente radica en la construcción del rotor. El tipo de rotor cilíndrico tiene un rotor cilíndrico uniforme que lleva su devanado de excitación distribuido en varias ranuras alrededor de su periferia. Esta construcción no es adecuada para máquinas multipolares, pero es muy sólida mecánicamente. Por lo tanto, está particularmente bien adaptado para máquinas eléctricas de alta velocidad y se emplea universalmente para unidades de 2 polos y algunas unidades de 4 polos.

El tipo de polo saliente tiene polos que están físicamente separados, cada uno con un devanado de excitación concentrado. Este tipo de construcción es en muchos sentidos complementario al del rotor cilíndrico y se emplea en máquinas que tienen 4 polos o más. Salvo casos especiales su uso es exclusivo en máquinas de más de 6 polos. Los generadores de dos y cuatro polos se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones en las que se utilizan turbinas de vapor o de gas como motor principal. Esto se debe a que la turbina de vapor tiende a adaptarse a altas velocidades de rotación. Los generadores de turbina de vapor de cuatro polos se encuentran con mayor frecuencia en las centrales nucleares, ya que la humedad relativa del vapor hace que la alta velocidad de rotación de un diseño de dos polos no sea adecuada.

La mayoría de los generadores con motor primario de turbina de gas son máquinas de cuatro polos para obtener una mayor resistencia mecánica en el rotor, ya que a menudo se usa una caja de engranajes para acoplar la turbina de potencia al generador; la elección de la velocidad síncrona del generador no está sujeta a las mismas restricciones que con las turbinas de vapor. Los generadores con motores diesel son invariablemente de diseño de cuatro o más polos, para igualar la velocidad de funcionamiento del motor sin utilizar una caja de cambios. Los motores diésel de cuatro tiempos suelen tener una velocidad de funcionamiento más alta que los motores de dos tiempos, por lo que los generadores de cuatro o seis polos son los más comunes. Los motores diesel de dos tiempos a menudo son derivados de diseños marinos con salidas relativamente grandes y pueden tener velocidades de funcionamiento del orden de 125 rpm. Esto requiere un generador con un gran número de polos (48 para un generador de 125 rpm, 50 Hz) y, en consecuencia, es de gran diámetro y longitud axial corta. Esto contrasta con las máquinas impulsadas por turbinas que tienen un diámetro pequeño y una longitud axial larga.

Además, se debe tener en cuenta que en las centrales hidroeléctricas, los generadores de polos salientes se utilizan porque la velocidad del motor principal (aquí la turbina de agua es el motor principal) es menor y, por lo tanto, el número de polos requeridos será mayor de P = 120f / N. Para acomodar una mayor cantidad de postes, la construcción de postes salientes es adecuada.

También se debe tener en cuenta que las máquinas de Salient Pole no se pueden usar a mayor velocidad porque a mayor velocidad las fuerzas centrífugas serán grandes y pueden dañar el Salient Pole atornillado al núcleo del rotor. Esta es la razón por la que los turbogeneradores utilizan la construcción de postes cilíndricos, mientras que los generadores hidráulicos utilizan la construcción de postes salientes.

En resumen, las principales diferencias entre los Rotor cilíndrico y polo saliente máquinas son las siguientes:

En el tipo de polo saliente, el rotor consta de un gran número de polos proyectados, es decir, polos salientes montados en una rueda magnética. La construcción de un rotor de polo saliente se muestra en la figura de la izquierda. Los postes proyectados se componen de laminaciones de acero. El devanado del rotor se encuentra en estos polos y se apoya en zapatas polares.

Los rotores de polos salientes tienen un diámetro grande y una longitud axial más corta.

Generalmente se usan en máquinas eléctricas de baja velocidad, digamos de 100 RPM a 1500 RPM.

A medida que la velocidad del rotor es menor, se requiere más número de polos para alcanzar la frecuencia requerida. (N = 120f/P). Normalmente, el número de polos salientes es de 4 a 60.

La distribución de flujo es relativamente pobre que la del rotor de polo no saliente, por lo tanto, la forma de onda de fem generada no es tan buena como la del rotor cilíndrico.

Los rotores de polos salientes generalmente necesitan devanados amortiguadores para evitar las oscilaciones del rotor durante el funcionamiento.
Los generadores síncronos de polo saliente se utilizan principalmente en centrales hidroeléctricas.

Los rotores de polo no saliente o cilíndricos tienen forma cilíndrica y tienen ranuras paralelas para colocar los devanados del rotor. Está hecho de acero sólido. A veces, también se les llama rotor de tambor.

Tienen un diámetro más pequeño pero tienen una longitud axial más larga.

Los rotores cilíndricos se utilizan en máquinas eléctricas de alta velocidad, generalmente de 1500 RPM a 3000 RPM.

La pérdida por efecto del viento y el ruido son menores en comparación con los rotores de polos salientes.

Su construcción es robusta en comparación con los rotores de polos salientes.

El número de polos suele ser 2 o 4.

Los devanados amortiguadores no son necesarios en rotores de polos no salientes.

La distribución de flujo es sinusoidal y, por lo tanto, proporciona una mejor fem.
Los rotores de polos no salientes se utilizan en centrales nucleares, de gas y térmicas.