Alternadores: regulación de tensión, cortocircuito brusco y acoplamiento en paralelo

Resumen

El texto explica cómo mantener constante la tensión en bornas de un alternador regulando la corriente de excitación, qué ocurre ante un cortocircuito brusco y cuáles son sus efectos. Además, describe las condiciones y maniobras para acoplar alternadores en paralelo, incluido el reparto de carga entre potencia activa y reactiva y la parada de un alternador.

Puntos clave

Para mantener constante la tensión en bornas hay que regular la intensidad de la corriente de excitación.
El procedimiento más empleado consiste en conectar un reostato de regulación en serie con el bobinado inductor del alternador.
Un cortocircuito brusco produce una corriente muy elevada que puede carbonizar aislamientos y deformar bobinas por esfuerzos electrodinámicos.
La corriente de cortocircuito disminuye tras breves instantes hasta el valor de la corriente permanente de cortocircuito, por efecto de la reacción de inducido.
Para acoplar en paralelo deben cumplirse: igualdad de frecuencias, igualdad de valores eficaces de f.e.m. e igual sucesión de fases.
Para regular la potencia activa se actúa sobre los reguladores de velocidad de motores o turbinas.

Ponte a prueba

Regulación de la Tensión en Bornas

Para mantener el valor de la tensión en bornas lo más constante posible, es preciso regular la intensidad de la corriente de excitación que recorre las bobinas inductoras. La regulación de la intensidad de excitación del alternador puede conseguirse de dos maneras diferentes:

Manteniendo constante el valor de la fuerza electromotriz (f.e.m.) de la excitatriz y variando la resistencia del circuito de excitación del alternador. Para ello, se conecta en serie con el bobinado inductor del alternador un reostato de regulación.
Otro procedimiento consiste en conectar el bobinado inductor del alternador a las bornas de la dínamo excitatriz y variar la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada en el inducido de esta. Este procedimiento obliga a regular la intensidad de la corriente de excitación de la excitatriz; para ello, se incluye un reostato en serie con su bobinado inductor principal. En la práctica, el procedimiento más empleado es el primero.

Corriente de Cortocircuito Brusco

Si, estando funcionando un alternador a su régimen nominal, sobreviene bruscamente un cortocircuito, la intensidad de corriente toma un valor elevadísimo que se designa como corriente de cortocircuito brusco. Sus efectos son siempre temibles por las dos razones siguientes:

La elevada producción de calor por efecto Joule, que puede llegar a carbonizar los aislamientos.
Los grandes esfuerzos electrodinámicos resultantes entre bobinas, los cuales incluso pueden llegar a deformarlas.

Transcurridos breves instantes desde el origen del cortocircuito, la corriente toma un valor más reducido, que recibe el nombre de corriente permanente de cortocircuito. Esta disminución es consecuencia del efecto de reacción de inducido, cuya acción se empieza a notar transcurridos esos instantes.

Condiciones para el Acoplamiento de Alternadores en Paralelo

Antes de efectuar el acoplamiento en paralelo de un alternador con otro ya en servicio, es preciso asegurarse de que se cumplen las siguientes condiciones: igualdad de frecuencias, igualdad de los valores eficaces de las fuerzas electromotrices (f.e.m.) e igual sucesión de fases.

Un sencillo método permite comprobar la sucesión de fases. Para ello, se recurre a un pequeño motor asíncrono trifásico. Luego, se acoplan sucesivamente, uno a uno, los distintos alternadores, asegurándose de que la sucesión de fases es idéntica para todos ellos cuando el motor gira en el mismo sentido. Una vez terminado el ensayo, se retira el motor de prueba.

Maniobras del Acoplamiento de Alternadores

Puesta en Servicio

Cuando la corriente de carga exigida por el circuito exterior va tomando un valor importante, es preciso acoplar en paralelo otro alternador. Para ello, se sigue el proceso siguiente:

Se pone en marcha el motor o turbina que acciona el generador. Seguidamente, se maniobra el regulador de velocidad hasta conseguir que esta sea lo más aproximada posible a la velocidad síncrona correspondiente a la frecuencia de la red.
Se maniobra el reostato que regula la intensidad de la corriente de excitación que recorre las bobinas inductoras hasta conseguir que la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada en el bobinado inducido del alternador sea algo superior a la tensión de red.
Efectuadas las maniobras previas anteriores, es preciso afinar la igualdad de frecuencias y tensiones. Para tal fin, se recurre a ciertos dispositivos llamados sincronoscopios.

Reparto de la Carga

En los alternadores, la maniobra de reparto de carga es más compleja que en las dínamos debido a la existencia de dos clases de potencia: activa y reactiva. Si los alternadores fueran iguales, el rendimiento óptimo se daría cuando ambas potencias fuesen iguales. Para regular la potencia activa, se actúa sobre los reguladores de velocidad de los motores o turbinas, de manera que al aumentar la velocidad crece la potencia activa y viceversa.

Parada de un Alternador

Cuando la carga exigida por el circuito exterior va bajando, conviene desconectar un alternador. Para ello, se reduce la potencia suministrada por este alternador, para lo que se hace disminuir la velocidad actuando sobre el regulador del motor o de la turbina y, en cuanto el amperímetro señala un valor nulo, se abre su interruptor. Luego, se reduce progresivamente la intensidad de la corriente de excitación, para lo que se opera sobre el reostato de campo.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se regula la tensión en bornas de un alternador?

Se regula la intensidad de la corriente de excitación de las bobinas inductoras. El método más empleado es mantener constante la f.e.m. de la excitatriz y variar la resistencia del circuito de excitación mediante un reostato conectado en serie con el bobinado inductor.

¿Qué es la corriente de cortocircuito brusco?

Es la intensidad muy elevada que aparece cuando, estando el alternador a régimen nominal, se produce bruscamente un cortocircuito. Sus efectos son temibles por el calor por efecto Joule y los grandes esfuerzos electrodinámicos entre bobinas.

¿Qué condiciones deben cumplirse para acoplar alternadores en paralelo?

Es necesario que tengan igual frecuencia, igual valor eficaz de la f.e.m. y la misma sucesión de fases. La sucesión de fases se puede comprobar con un pequeño motor asíncrono trifásico.