2) Arranque del corriente continua
generador
de
ARRANQUE DEL GENERADOR AUTOEXITADO
Los pasos pasos para arrancar un generador generador de C.C. C.C. auto excitado son: 1. Con Sf y SL abiertos, lleve el rotor a su velocidad nominal , impulsado por el primotor. primotor. 1. 2. 3. 4.
Se cumple que Ia = If = IL = 0 El volta oltaje je term termin inal al Vt = = Ea = k* *Remanente Pote Po tenc ncia ia el eléc éctr tric ica a de de entrada = 0 ; Vf = 0 Pote Po tenc ncia ia me mecá cáni nica ca de entrada = P FAN
2. Cierre Sf , luego del transitorio regule If y P, variando R variando Rf externa , externa , para alcanzar un voltaje terminal Vt, igual al voltaje nominal que requiere la carga. 1. Se cu cumple que Vt = Ea – Ra* If , Ia = If e IL = 0 2. Potencia mecánica de entrada = P FAN + (Ra + RF)* If 2
1. La potencia potencia mecánica mecánica entregada entregada por por el primotor primotor aumenta aumenta en relació relación n 31
2) Arranque del corriente continua
generador
de
CERRAMOS Sf Y Y SL ABIERTO
I f R f L f n f ,
S L
S f
Ra
I a
R f ext
I L
I L 0
V t
E a
+ -
R L
P mecanica
I a I a1
I f
E a 0
R
R
P FAN ( R Ra a RF ) Ia f 1
n f I a1
E a1
2
K f 1
32
2) Arranque del corriente continua
generador
de
CORRIENTE TRANSITORIA DEL GENERADOR SIN CARGA
I f 2
E a1 Ra R F I f 3
I fi
Eai
E a 2
Ra R F 1
Ra R F
E a i
f 2
f 3
fi
( Ra
n f I a 2
E a 2
f gap ga p n f I a3 f
E a3
n f I ai f gap
R F ) I fi fi
K f 2
K f 3
E ai
K fi fi
K fi
33
2) Arranque del corriente continua
generador
de
Graficas f (n f I f ) y E a (n f I f )
f
= Constante
ω
E a
ω =
Constante
saturación
fi
fi
f 1 REM n I
E a1
n f I f 1
n I i
n f I f
E a 0 I
1
I i
34
2) Arranque del corriente continua Graficas f (n f I f ) y E a (n f I f )
E a
Ra
.
R F i
Ra
de
Para IL = 0
R F i
Ra
generador
1
R F i
E a
K P ( I f )
E a
( Ra R F ) I a
E .1 E .2
Constante
2
(FARADAY) PUNTO DE EQUILIBRIO i+1
R F
R f R fext i
1
ajustable
n f I f
35
3) F.e.m. inducida del generador de corriente continua, Ea ESTADO ESTABLE, LUEGO DE CERRAR Sf
V t
E a
Ra I f
R fext
V L (Nominal)
E a K REM f ( I f )
En vacio
V L
V L (Nominal) 36
3) F.e.m. inducida del generador de corriente continua, Ea CONSTANTES DE TIEMPO DE LA MÁQUINA EN VACIO
Constante de Tiempo Eléctrica, a
P mecánica
I a
P Entrad a
I f
Entrada
P Mecánica
La
L f
Ra
R F
P desarrollada P salida
0
Eléctrica
( Ra R F ) I f 2
P FAN (mecánica) 37
2) Arranque del corriente continua
generador
de
SE CIERRA SL
I f
S L
S f Ra
R f L f n f ,
R f ext
I L
I a
E a
V t
+ -
R L
I a I a
I f I L
es mayor, porque Ea tiene 2 resistencias en paralelo
E a E
Ra I a R F I f Ra I a ( R f R fext ) I f R I
V
R I
R I
38
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ARRANQUE DE UN GENERADOR AUTOEXITADO
Continuación de los pasos para arrancar un generador auto excitado: 3. Cierre SL , se produce un transitorio electro mecánico, que permite circular la corriente IL hacia la carga. 1. Se cumple que Vt = Ea – Ra* Ia e Ia= If + IL 2. Potencia mecánica de entrada = Mecánica = P FAN + RF* If 2 + Ra * Ia2 + Vt * IL = PFAN + Ea * IA 1. La potencia mecánica que entrega el primotor es mayor que en el numeral anterior 3. Potencia eléctrica de salida = Vt * It = VL* IL 39
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ARRANQUE DE UN GENERADOR AUTOEXITADO
Continuación de los pasos para arrancar un generador auto excitado: 4. Reajuste Rf externa y para alcanzar un voltaje terminal Vt igual al voltaje nominal demandado por la carga y la velocidad nominal del rotor. 5. Se ha completado el arranque y puesta en operación en estado estable del generador con carga
40
2) Arranque del corriente continua
generador
de
CONSTANTE DE TIEMPO ELÉCTRICA CON CARGA Constante de Tiempo
τ
a f L
La
Lf en paralelo con LL
R a
R f en paralelo con R L
POTENCIA DESARROLLADA
La Potencia desarrollada en un generador es la parte de la potencia mecánica de entrada al rotor que se convierte en potencia eléctrica.
P mec
P P P FAN E a I a FAN des.
P des Ea * Ia
( K p ) * I a 41
2) Arranque del corriente continua
generador
de
POTENCIA DESARROLLADA EN EL ROTOR
E
a
E a I a
Ra I a V L 2
Ra I a V L
E a I a
P . Desarrollada
I a
( I F I L )
2 a a
R I
P CU Rotor ( Calor )
V L I f V L I L
P CU Estator (Calor)
P .Util P .Carga P . Salida
42
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ECUACIÓN CUADRÁTICA DE Ia
E a Ra I a V L I a E a I a
2
Ra I a V L I a
2 Ra I a V L I a P des 0
Se obtiene una ecuación de segundo grado en función de Ia, que permite obtener la corriente del rotor cuando se conoce la potencia desarrollada. 43
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ECUACIÓN CUADRÁTICA DE Ea
E a Ra I a V L E a 2
E a
2 E a
Ra I a E a V L E a
V L E a
Ra P des
0
Se obtiene una ecuación de segundo grado en función de Ea, que permite obtener la f.e.m del rotor cuando se conoce la potencia desarrollada. 44
2) Arranque del corriente continua
generador
de
TORQUE ELÉCTRICO DESARROLLADO
El torque eléctrico desarrollado en el rotor es producto de la fuerza eléctrica, resultado de la interacción entre las corrientes de las espiras del rotor y el campo magnético del estator. Fuerza Eléc. =
P des
P des
it.l x B;
Tdes = Feléct* díametro
( K P ) * I a Tdes * ( K P I a ) * Ea * Ia
T eléct .des
K P I a
45
2) Arranque del corriente continua
generador
de
DIRECCIONES DE TORQUES ELÉCTRICOS
•
En el gráfico siguiente suponga que: – –
Existe un campo magnético creado por las bobinas del estator, la f.m.m es igual a nf If El rotor es girado por el primotor, aplicando un torque mecánico, a favor de la manecillas del reloj
1. Grafique la dirección del torque del primotor 2. Dibuje la dirección de las fuerzas eléctricas en 3. cada lado activo de las bobinas mostradas 4. Muestre los torques eléctricos en cada bobina del gráfico
46
2) Arranque del corriente continua
generador
de
FLUJO DE CAMPO DEL ESTATOR Flujo del campo o del estator ω
P
Devanado de campo del estator
E.D.
E.D.
I f
+ V f -
P
R f ext
f
REM
Máquina de 2 polos 47
2) Arranque del corriente continua
generador
de
TORQUES EN EL ROTOR DE UN GENERADOR Τ ACELERACIÓN
ΤdES. ΤFAN
mec.
Τ
48
2) Arranque del corriente continua
generador
de
TORQUES EN EL ROTOR T mec
T FAN
Τ mec
T des.
Τ FAN
Taceleración
Τ des
J*α
J Inercia del rotor del generador α Aceleración angular del rotor
En estado estable, a velocidad constante, α= 0 Τmec
Τ
FAN
Τdes.
Si α
0 49
2) Arranque del corriente continua
generador
de
RELACIONES EN EL CAMPO PARALELO S L
S f
I f
I L
Ra I a
R f L f n f ,
R f ext
E a
V t
+ -
R L
I a 100 %
I f
5%
I L
I
L
La corrientede salida de plena carga .
95%
Fuerza magnetomot riz (f.m.m)
n f Grande fm.m. n f I f I f Pequeno
R f
Grande
R f
l
A
50
2) Arranque del corriente continua
generador
de
VOLTAJE TERMINAL DEL GENERADOR PARALELO
51
2) Arranque del corriente continua
generador
de
REGULACIÓN DE VOLTAJE DE UN GENERADOR •
La fórmula de la regulación de voltaje en % de un generador a una carga eléctrica cualquiera es: R.V% = (Vt|It=0 - Vt|It>0)100% / Vt|It>0
– • •
Vt = Voltaje terminal It = Corriente terminal
•
La regulación de voltaje se puede calcular a un valor cualquiera de carga eléctrica
•
La fórmula de regulación de voltaje en % de un generador a plena carga es: –
R.V% = (Vt|It=0 - Vt|It=In)100% / Vt|It=In 52
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ALTERNATIVAS PARA REDUCIR LA CAIDA DE Vt Material mejor conductor
a) Ra Conductor más grueso b) I
a
, solo se justi ficareducir If, no It
c) Incremente Ea=KP, en base a:
K Cons tan te E a P f S ,.Controlar la velocidad REM
( I ) f
( I
a
)
53
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ALTERNATIVAS PARA REDUCIR LA CAIDA DE Vt Material mejor conductor
a) Ra Conductor más grueso b) I
a
, solo se justi ficareducir If, no It
c) Incremente Ea=KP, en base a:
K Cons tan te E a P f S ,.Controlar la velocidad REM
( I ) f
( I
a
)
54
2) Arranque del corriente continua
generador
de
UBICACIÓN FÍSICA DE LOS BOBINADOS EN EL ESTATOR
p R f S -Remanente,Paralelo y serie
I f I
S
f S
S
nS I S S
f
n f I f f 55
2) Arranque del corriente continua
generador
de
LOS FLUJOS MAGNÉTICOS DE CAMPO
•
La bobina del campo serie y del campo paralelo del estator tienen: –
•
Una ubicación física similar en las masas de los polos principales del estator
El flujo magnético del campo serie y el paralelo: – Actúan – –
sobre el mismo circuito magnético Sufren la misma reluctancia magnética del circuito Si operan simultáneamente, contribuyen a saturar el mismo circuito magnético •
No se puede aplicar el principio de superposición a los flujos magnéticos que actúan simultáneamente
56
2) Arranque del corriente continua
generador
de
GENERADOR DE CORRIENTE CONTÍNUA TIPO COMPUESTO
57
2) Arranque del corriente continua S L
I f R f L f n f ,
R f ext
generador
RS LS nS ,
,
Ra
de
I L
I S I a
V t
R L
E a
P f
R F I f 2
P S
RS I S 2
P S
P f
F mmf F mmSerie
100%
20%
relación aproximada
58
2) Arranque del corriente continua
generador
de
RELACIÓN DE FLUJOS DEL ESTATOR
•
La f.m.m, nf If , produce un flujo de campo paralelo, Φf , constante y cercano al valor de saturación –
•
El un flujo de campo paralelo, Φf , es poco dependiente de la corriente de carga, It
La f.m.m, nsIs, produce un flujo de campo serie, Φs, a plena carga, cercano al 20% del valor de saturación –
El un flujo de campo serie, Φs, muy dependiente de la corriente de carga, It = Ia -If ; If ≈ Constante 59
2) Arranque del corriente continua
generador
de
RELACIÓN DE FLUJOS DEL ESTATOR S L
I f R f L f n f
RS LS nS
,
,
R f ext
,
Ra
I L
I S I a
V t
R L
E a
R f N f I f
RS
N S
I S
F mmf F mmSerie
100%
20 %
60
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ECUACIONES DE ARRANQUE DEL GENERADOR COMPUESTO •
Durante el arranque en vacío del generador, It = IL = 0: –
La f.m.m del campo paralelo, Nf If , debe llevar el voltaje terminal, V t, a un valor igual al voltaje nominal de la carga •
•
En vacío la f.m.m serie, N SIS = NSIf , es muy pequeña
Al conectar la carga, It = IL > 0 y la corriente del campo serie tiene un valor mayor, Ia = Is > 0 –
La f.m.m del campo serie, NsIs, trata de llevar el voltaje terminal, Vt, a un valor igual al voltaje nominal de la carga, a pesar de la caída de voltaje (Ra+Rs) Ia • •
Con carga conectada la f.m.m serie, NSIS = NSIa , es de un valor significativo La idea es que el incremento de flujo por polo , debido + ΔΦs, compense en parte la mayor caída de voltaje en serie con el rotor, (Ra+Rs) Ia 61
2) Arranque del corriente continua
generador
de
ECUACIONES DE ESTADO ESTABLE DEL GENERADOR COMPUESTO
•
Posterior al arranque del generador, It = IL > 0 y en estado estable a velocidad constante: –
La f.m.m del campo paralelo, Nf If , y la f.m.m del campo serie, NsIs, tratan de llevar el voltaje terminal, Vt, a un valor igual al voltaje nominal de la carga •
La diferencia entre los voltajes depende de las características propias de la máquina, entre parámetros tales como, Ra, Rs, ΔΦs y el nivel de saturación de la máquina
62
