Generadores Síncronos de Alta Velocidad: Una Evaluación Crítica

Abstract

ResumenConsiderando que existen restricciones electromagnéticas, mecánicas y térmicas que condicionan el diseño de las máquinas eléctricas de alta velocidad, se establecen los criterios que conducen a una adecuada selección de la máquina. Además, teniendo en cuenta el estado actual de la tecnología, se presentan los valores críticos en la relación (potencia de salida)/(velocidad de rotación). El artículo se centra en los generadores síncronos de alta velocidad, especialmente en los generadores con imanes permanentes, los alternadores inductores y los alternadores con conmutación de flujo, haciendo hincapié en sus fundamentos constructivos y en sus ventajas e inconvenientes. El análisis se completa con una evaluación crítica que los clasifica, de acuerdo con unos requisitos previamente definidos. Aunque la decisión de la elección final está muy condicionada por la aplicación de interés, puede afirmarse que, en general, los generadores síncronos con imanes permanentes en el rotor constituyen la mejor opción. Palabras clave: máquinas eléctricas de alta velocidad; generadores síncronos; alta frecuencia; alternadores inductores High-Speed Synchronous Generators. A Critical Assessment AbstractConsidering that there are electromagnetic, mechanical and thermal constraints that determine the design of high-speed electrical machines, the criteria that lead to adequate selection of the machine are established in this work. Moreover, taking into account the current state of technology, the critical values in the ratio (output power)/(rotation speed), are presented. The paper focuses on the high-speed synchronous generators, especially in permanent magnet generators, inductor alternators and flux switching alternators, emphasizing their constructive fundamentals and their advantages and disadvantages. The analysis is completed with a critical assessment that classifies them according to previously defined requirements. Although the decision of the final choice is largely determined by the application of interest, it can be said that, in general, synchronous generators with permanent magnets in the rotor are the best option.

Optimización del rotor de un alternador inductor heteropolar con inversión de flujo

“…Las posibles aplicaciones del alternador son variadas y cubren todo el rango de velocidades: A bajas velocidades, (< 3.000 rpm), conectado a un aerogenerador eólico; a velocidades medias, (3.000 -20.000 rpm), en plataformas generadoras móviles y en vehículos híbridos; y en altas velocidades, (20.000 -100.000 rpm), acoplado al eje de una turbina de gas. No necesita un sistema de engranajes y su bajo coste y simplicidad lo hacen interesante para algunas aplicaciones (Martínez y Andrada, 2017), ya que presenta también otras ventajas, como alta densidad de potencia, gran rigidez mecánica, bajo nivel de ruido, reducción del peso y volumen del conjunto y ausencia de mantenimiento. Por todo ello, el alternador inductor heteropolar con inversión de flujo, en sus diferentes formas de excitación, encuentra cada día un mayor interés en la industria, para la generación de energía eléctrica.…”