ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DEPART DEP ARTAMENTO AMENTO DE ENERGÍA ENERG ÍA ELÉCTRICA EL ÉCTRICA
LABORATORIO LABORA TORIO DE INTRODUCCIÓN A SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
ROSALIA BELEN REVELO SARANGO
MARZO AGOSTO 2011
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE INTRODUCCIÓN A SEP
PRACTICA No 5 1. TITULO: Diagramas de Capacidad de generadores sincrónicos. 2. OBJETIVO:
Determinar las restricciones de operación de generadores sinc!nic"s
#n #s$%&" #s$%'(# c"nsi&#%n&" ()*i$#s *+,i*" - *)ni*" &# ."$#nci% *#c+nic% &# (% máquina motriz, límite máximo de corriente de armadura, límites máximo y mínimo de corriente de excitación y límite de estabilidad en estado estable.
3. 3. DESARROLLO: Con la ayuda del paquete computacional Excel, trazar las #s$icci"n#s &#
".#%ci!n &# /n #n#%&" &#( Sis$#*% N%ci"n%( In$#c"n#c$%&" &#( Ec/%&" #n /ni&%&#s r#%(#s
Datos de un generador de la fase ! de la central "idroel#ctrica $aute% & ' ((( )* * ' (3,+ * fp ' -, /01 2d ' (,- p.u. 2q ' -,4 p.u. $máx turbina ' (-5 )6 $mín turbina con 3 inyectores ' 3- )6
3 INFORME4 1 D#*/#s$# (%s #c/%ci"n#s &# ."$#nci% %c$i5% - #%c$i5% &# #s$%&" #s$%'(# &# G#n#%&"#s sinc!nic"s &# ."("s s%(i#n$#s 6inc(/i ("s &i%%*%s 7%s"i%(#s #s.#c$i5"s8 GENERADOR ROTOR POLOS SALIENTES
a) Diaga!a "a#oia$% &a'(o * +o(*,'ia *, a(a#o% Ra -
S = P + jQ S = ( IdVd + IqVq ) + j ( IdVq + IqVd )
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D*/''i0, * $a# &o!/$a# * +o(*,'ia:
Po(*,'ia A'(ia:
P = Id ⋅ Vta ⋅ senδ + Iq ⋅ Vta ⋅ cos δ
IqXq = Vta ⋅ senδ Vta ⋅ cos δ = Eaf − IdXd
Iq
=
Id =
Vta ⋅ senδ Xq Eaf − Vta ⋅ cos δ Xd
⋅ Eaf − Vta ⋅ cos δ Vta ⋅ senδ + Vta senδ Vta ⋅ cos δ Xd Xq
P =
P =
Eaf ⋅ Vta Xd
senδ + Vta 2
sen 2δ 1 2
− 1 Xq Xd
Po(*,'ia R*a'(ia: Q
= Id ⋅ Vta ⋅ cos δ + Iq ⋅ Vta ⋅ senδ IqXq = Vta ⋅ senδ Vta ⋅ cos δ = Eaf − IdXd
Iq
=
Id =
Q
Q
=
Vta Eaf Xd
Vta ⋅ senδ Xq Eaf − Vta ⋅ cos δ Xd
Vta ⋅ senδ Eaf − Vta ⋅ cos δ Vta ⋅ senδ Vta ⋅ cos δ + Xd Xq
=
cos δ - Vta
2
senδ 2 cos δ 2 − Xq Xd
2 P#s#n$# #( &i%%*% &# c%.%ci&%& /$i(i9%n&" (%s #c/%ci"n#s &#( #n#%&" &# "$" ci()n&ic" #%(i9%&" #n (% .+c$ic%
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C/5% &# C%.%'i(i&%& &# /n 0#n#%&" sinc"nic" &# "$" ci(incic" 7--.(+-.(8-.$emin
(4-.-
$max (7-.-
$min
(--.-
$emax $)&)EE
+-.-
&n
8-.4-.7-.-.07--.- 0(5-.- 0(--.- 05-.-
:
-.-
5-.-
(--.- (5-.- 7--.-
D#s%"((# (% *#$"&"(")% - .#s#n$# #n /n &i%%*% &# '(";/#s .%% &#$#*in% (%s #s$icci"n#s &# ".#%ci!n &# /n #n#%&" &# ."("s s%(i#n$#s
L!i(*# !*',i'o# * $a (/4i,a Verificar los límites de potencia activa máxima y mínima del generador con la potencia activa especificada. El rango de operación de la unidad depende de las características y estado de funcionamiento de la máquina motriz y sus componentes. Potencia áxima de la !ur"ina # P !a T/4i,a Potencia ínima de la !ur"ina # P !i, T/4i,a
L!i(* * $a 'oi*,(* * a!a/a *$ g*,*ao $a máxima corriente de armadura que puede fluir por el devanado estatórico determina el límite de potencia aparente %. P
#
S 2 - Q 2
L!i(* * 'oi*,(* !i!a * *'i(a'i0, *$ g*,*ao $a potencia reactiva generada está restringida por la corriente máxima que puede circular en el campo& así como tam"i'n por la capacidad del suministro a la
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*'i(a'i0,. Ta$ 'aa'(*#(i'a *#( 'o,i'io,aa +o *$ $!i(* (6!i'o * $o# *a,ao# *$ o(o. $a potencia reactiva máxima del generador es un dato usualmente conocido& de la misma se calcula la corriente máxima de excitación.
E max
=
Qmax X d V
+ V
%e determina P y ( para diferentes valores del ángulo :
P =
Q
=
V E max Xd
VE max Xd
cos( δ ) -
sen( δ ) +
V 2 2 XdXq
V 2 2XdXq
( Xd - Xq ) sen( 2δ )
( Xd - Xq ) +
V 2 2 XdXq
( Xd - Xq ) cos( 2δ )
L!i(* * 'oi*,(* !,i!a * *'i(a'i0, *$ g*,*ao Con el fin de evitar la p'rdida de sincronismo del generador por insuficiente excitación& es necesario definir un límite para la corriente mínima de excitación. ) menudo los sistemas de excitación de los grandes generadores& están dise*ados para que la corriente de excitación no se reduzca de cierto valor. $a potencia reactiva mínima del generador es un dato usualmente disponi"le& de la misma se calcula la corriente mínima de excitación. E min
=−
Qmin X d V
− V
%e determina P y ( para diferentes valores del ángulo :
P =
Q
=
V E min Xd
VE min Xd
cos( δ ) -
sen( δ ) +
V 2 2 XdXq
V 2 2XdXq
( Xd - Xq ) sen( 2δ )
( Xd - Xq ) +
V 2 2 XdXq
( Xd - Xq) cos( 2δ )
L!i(* * *#(a4i$ia *#(a'io,aia *$ g*,*ao
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En la práctica existe un límite go"ernado por la p'rdida de sincronismo en operación a factores de potencia en adelanto. %e introduce un margen de seguridad cuando un generador tra"a+a en condiciones de su"excitación mediante la reducción de potencia activa para permitir un incremento adicional de carga ,usualmente -/0 antes de que se presente una condición de inesta"ilidad. Qn
#
- S 2 - P o
2
& donde P o #* $o *&i,* 7*#* *$ a$o
En primer lugar se calcula * S 8a#(a ).
Con los valores de Q n 9 P o #* *(*!i,a n 9 E fn *#o$i*,o $a# *'/a'io,*# * +o(*,'ia a'(ia 9 *a'(ia 7'o, *$ !6(oo * N*(o,;Ra+8#o,): P 0 =
Qn
=
V E fn Xd
VE fn Xd
cos( δ n ) -
sen( δn ) +
V 2 2 XdXq
V 2 2XdXq
( Xd - Xq ) sen( 2δn )
( Xd - Xq ) +
V 2 2 XdXq
( Xd - Xq) cos( 2δ n )
Con estas dos varia"les conocidas se eval1a el ángulo ! +aa !i!a +o(*,'ia a'(ia ig/a$a,o $a *iaa * $a *'/a'i0, * +o(*,'ia *a'(ia a '*o: cos( δ m )
=
- S 1
±
S 1
2
+ 32S 2 2
8S 2
Donde2 S 1
=
E fn ⋅ V Xd
V ⋅ sen(2δ n ) 2
S 2
Con el valor de
!
=
P 0 Xd Vsen( δ m )
P 1 P 0 - 0.1 P n
%e determina
2 XdXq
'a$'/$ao #* *(*!i,a E f0 : E f0
#
=
-
V 2Xqsen( δ m )
( Xd - Xq ) sen( 2δm )
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Con estos valores se determinan los ángulos < /(i$i=a,o *$ !6(oo * N*(o,; Ra+8#o, +aa *#o$* $a #ig/i*,(* *'/a'i0,: P 1 =
VE f0 Xd
sen( δ * ) +
V 2 2XdXq
( Xd - Xq ) sen( 2δ * )
3na vez determinado < #* *,'/*,(a > * $a #ig/i*,(* !a,*a: Q
=
V E f0 Xd
cos( δ *) -
V 2 2 XdXq
( Xd - Xq ) +
V 2 2 XdXq
( Xd - Xq ) cos( 2δ *)
3 P#s#n$# #( &i%%*% &# c%.%ci&%& /$i(i9%n&" (%s #c/%ci"n#s &#( #n#%&" &# ."("s s%(i#n$#s c"#s."n&i#n$# %( #n#%&" &#sci$" #n (% .+c$ic% - #n (% *is*% </% c"n (% &#( "$" ci()n&ic" "'$#ni&" #n #( (%'"%$"i"
ROTOR POLOS SALIENTES 757-&'sqr/&9s:9:1 (5-
$max $min : para Eaf max
(--
: para Eaf min : max )E
50(-- 05-
-
5-
(--
(5-
7--
75-
GRA"ICO DE ROTOR CILINDRICO ? ROTOR DE POLOS SALIENTES
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&'s qr/&9s:9:1
$max
$min
: para Eaf max
: para Ea fmin
: max )E
: 0(58,5 0(5- 0(40(3- 0(7- 0((- 0(-05- - 5- (-- ((- (7(3- (4- (5: para Eaf min
: max )E
: para Eaf max
= P#s#n$# s/s c"*#n$%i"s - c"nc(/si"n#s
$as maquinas sincrónicas tienen límites el'ctricos y limites mecánicos de operación4 los limites el'ctricos de la potencia aparente y de las caractristíscas del conductor ,capacidad de corriente y soporte termico0& la restricción mecánica está relacionada con la potencia máxima y mínima.
$a Potencia activa de la máquina sincrónica de polos salientes es mayor que una de rotor cilíndrico& de"ido a la potencia de reluctancia& la cual se de"e a la tendencia que tienen los polos a alinearse en la posición de mayor permeancia.
$os límites mecánicos ,P tur"ina0 y el límite de la corriente de armadura son los mismos en la máquina sincrónica de polos salientes y en la máquina sincrónica de rotor cilíndrico& estos son independientes del tipo de rotor del generador.
El factor de potencia suele oscilar entre &5 y &6 en atraso& sin que se so"recaliente la máquina. El volta+e suele mantenerse con una variación comprendida entre el
± 5%
del valor nominal.
El valor de P queda determinado por la capacidad de la máquina motriz y por la disponi"ilidad de la energía a ser convertida.
$a finalidad de graficar las curvas de carga"ilidad es2 determinar los rango # #*g/o# * o+*a'i0, * las máquinas4 Es sumamente importante conocer las curvas de carga"ilidad para conocer las regiones permitidas de operación& de"ido a que las potencias son relativamente grandes y para realizar el control& los aparatos de"en estar cali"rados en forma precisa para o"tener de los generadores óptimos *#/$(ao#
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$a ecuación de la potencia activa para el generador de polos salientes es igual a la potencia activa en el generador de rotor cilíndrico más una expresión extra& que representa la potencia producida por el par reluctancia4 de a7í la similitud con los valores o"tenidos para am"os casos.
BIBLIOGRA"IA: C)88E8) 9.& 9:!;V) 9.& <;ncorporación de las 8estricciones de Potencia 8eactiva ;mpuestas por los =eneradores en Programas de >lu+os de Potencia?& )nales de las @V; 9ornadas de ;ngeniería El'ctrica y Electrónica& Escuela Polit'cnica Aacional& (uito& Ecuador& -66B. ;A=. %C. !)P;) $;3%& aquinas El'ctricas
