Curvas de capacidad de generadores sincrónicos Aguas Haro Xavier Iván Laboratorio de Máquinas Eléctricas, Departamento de Energía Eléctrica, Escuela Politécnica Politécnica Nacional Quito, Ecuador
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Resumen.Resumen. - E n este tr abaj o se da a conocer cono cer l os lími tes de operaci ón de un generador sincr ónico, además de l a obtenci obten ción ón de l os dif di f erent es l ugar ug ar es geomé tr i cos en en u n gr áf i co l l amado amad o cu r vas de capaci dad, a este grá gr áf i co tambi t ambi é n se l o conoce como car ta de operaci ón don de se se pueden pueden determinar las diferentes combinaciones de la potencia activa y reactiva produ cidas por por el generador sincr óni co a distin di stin tos factor es de potenci potenci a y ángu l os de potenci potenci a. L a operación de un generador sincrónico es limitada pri nci palmente por el calentami ento de los devanados devanados tanto del del rotor como del del estator, ya que el el calentami ento exces excesivo de dichos di chos devanados devanados afecta dir ectamente en en l a vida úti úti l de l a máqui qu i na, es por eso que qu e una má m áqui qu i na sincr si ncr ónica óni ca no debe ser ser sobrecargada.
I. INFORME A.
Tabular los datos nominales de la máquina sincrónica utilizada en la práctica.
B. Presentar tabulados todos los datos obtenidos en la práctica. TABLA III
DATOS DE LA POTENCIAS PARA CADA UNO DE LOS PUNTOS PUNTO
POTENCIA
POTENCIA
POTENCIA
Fp
ACTIVA
REACTIVA
TOTAL
[KW]
[KVAr]
[KVA]
D
0
11.8
0.46
0.351
C
0.17
77.5
2.266
0.005
B
0.2
100
2.298
0.351
A
0.28
130.8
3.21
0.86
F
0.3
160.5
2.71
0.972
G
0.55
200.2
3.35
0.969
E
0.72
220.3
1.148
0.709
H
1.22
250.8
2.67
0.261
J
1.38
256.0
3.45
0.447
TABLA IV
TABLA I DATOS DE LA PLACA DEL MOTOR 220[V]
VOLTAJE NOMINAL
DATOS PARA CADA UNO DE LOS PUNTOS DE LA CURVA DE CAPABILIDAD
PUNTO
Corriente
Corriente
[A]
[A]
Voltaje [V]
POTENCIA ACTIVA
1.45-4.1 [KW]
VELOCIDAD
750-2100 [rev / min]
D
1.35
1.25 1.25
211.3
CORRIENTE NOMINAL
10/18 [A]
C
5.9
----------
211.3
B
6.44
----------
212.1
A
9.22
----------
213.2
F
8.29
0.92
213
G
9.78
0.02 0.02
213.3
E
3.66
0.91
212.4
H
3.74
0.3
212.9
J
9.97
0.3
212.7
TABLA II
DATOS DE LA PLACA DEL GENERADOR VOLTAJE NOMINAL
230 [V]
POTENCIA TOTAL
3500 [VA]
()
0.8
CORRIENTE NOMINAL
8.7 [A]
VELOCIDAD
1800 [rev/min]
FRECUENCIA
60
Hz]
C. Calcular el voltaje interno generado y el ángulo de la fase A, para cada uno de los puntos encontrados (utilice los valores de P, Q, S, Fp y la de la hoja de datos)
PUNTO A
PUNTO F
̅ = + ∙
̅ = + ∙
= 2.811 = 1.61 → = 29.80°
= 2.67 = 0,619 → = 13.05°
̅ = 213.2 + 12 ∙ (9.22∠ − 29.80)
̅ = 213 + 12 ∙ (8.29∠ − 13.05)
̅ = 289.85∠19.69°
̅ = 254.62∠22.37°
PUNTO B
PUNTO G
̅ = + ∙
̅ = + ∙
= 0.820 = 2.167 → = 69.27°
= 3.246 = 0,79 → = 13.67°
̅ = 212.1 + 12 ∙ (6.44∠ − 69.27)
̅ = 213.13 + 12 ∙ (9.78∠13.67)
̅ = 285.68∠5.49°
̅ = 217.542∠31.61°
PUNTO C
PUNTO H
̅ = + ∙
̅ = + ∙
= 0.033 = 2.278 → = 89.17°
= 0.718 = 2.567 → = 74.37°
̅ = 211.3 + 12 ∙ (5.9∠ − 89.17)
̅ = 212.9 + 12 ∙ (3.74∠74.37)
̅ = 282.09∠0.20°
̅ = 170∠4.07°
PUNTO D
PUNTO J
̅ = + ∙
̅ = + ∙
= 0.036 = 0.469 → = 85.61°
= 1.54 = 3.072 → = 63.37°
̅ = 212.8 + 12 ∙ (1.35∠ − 78.75)
̅ = 212.7 + 12 ∙ (9.97∠63.37)
̅ = 228.95∠0.31°
̅ = 118.57∠26.88°
PUNTO E
̅ = + ∙ = 0.827 = 0,802 → = 44.12°
D. Calcular E y para las condiciones nominales (teóricas) del generador sincrónico en los valores reales y en p.u.
PUNTO A
̅ = 212.4 + 12 ∙ (3.66∠ − 44.12)
= 3500 × 0.8 = 2800
̅ = 245.01∠7.3°
= √ 3.5 − 2.8 = 2.1 220 × 2800 = × 12
152.73 220 × 220 2100 = × − 12 12 220 × 152.73 220 2100 = × − 12 12 6133.33 = 2800 × = 24.54° = 367.78 ̅ = 367.78∠24.54° ̅ = 1.672∠24.54° . , =
= 0 × 220 0= × 12 = 0° × 220 × 0° 220 0= − 12 12 = 220 ̅ = 220∠0° ̅ = 1∠0° . .
PUNTO E PUNTO B
= 800 = 367.78 367.78 × 220 800 = × 12 = 6.81° 367.78 × 220 × 6.81 220 = − 12 12 = 2661.67 ̅ = 367.78∠6.81° ̅ = 1.672∠6.81° . .
= 800 = 0 × 220 × 0° 220 0= − 12 12 220 = × 220 = × 220 800 = × 12 220 220 800 = × 12 = 11.22° = 224.29 ̅ = 367.78∠0° ̅ = 1.672∠0° . .
PUNTO C
=0 = 367.78 367.78 × 220 0= × 12 = 0° 367.78 × 220 × 0° 220 = − 12 12 = 2709.3 ̅ = 367.78∠0° ̅ = 1.672∠0° . .
PUNTO D
=0
PUNTO F
= 2800 = 0 × 220 2800 = × 12 152.73 = × 220 × 220 0= − 12 12 220 = × 152.73 220 = = 34.77° = 267.82
̅ = 267.82∠34.77° ̅ = 1.22∠34.77° . .
= √ 3.5 − 1.39 = −3.21 ̅ = 0.80∠3.79° . .
PUNTO G
= 3.5 = 0 × 220 3500 = × 12 190.91 = × 220 × 0° 220 0= − 12 12 190.91 220 = = 40.95° = 291.29 ̅ = 291.29∠40.95° ̅ = 1.324∠40.95° . .
E.
Calcular teóricamente P y Q para los puntos correspondientes a los obtenidos en la práctica en valores reales y en p.u. (Utilice los cálculos en 4.)
PUNTO A
= 2800 = 2100 = 0.8 . . = 0.6 . .
PUNTO B
= 800 = 2661.67 = 0.23 ..
PUNTO H
= 800 ̅ = 220∠0° + (12) ∗ (3.74∠74.87°) ̅ = 177∠3.79° 177 × 220 800 = × 12 = 14.27° 177 × 220 × 14.27° 220 = − 12 12 = −1.337 ̅ = 0.8∠3.79°
= 0.76 . .
PUNTO C
=0 = 2709.3 = 0 . . = 0.77 . .
PUNTO J
= 177 ̅ = 220∠° + (12) ∗ (9.97∠63.45°) ̅ = 125∠25.33° 177 × 220 = × 25.33 12 = 1388.31
PUNTO D
=0 = 0
PUNTO E
= 800 = 0 = 0.23 ..
F.
Graficar en papel milimetrado la zona de operación segura del generador, en base a los datos teóricos calculados en 5. Presentar en dicha gráfica los puntos encontrados en la práctica..
= 0 . .
ANEXO 1
= 2800
G. Indicar cuál es el procedimiento práctico que se debe seguir para desplazarse, en la curva de capacidad, desde el punto inicial (P=0, Q=400 VAR) hasta el punto A (P=Pn=2.6 kW Q=Qn=1.98kVAR)
PUNTO F
= 0 = 0.8 . . = 0 . .
PUNTO G
= 3500 = 0 = 1 . . = 0 . .
Para poder trasladarse de un punto a otro primero se debe establecer el punto de partida, donde el punto del problema es U(P=0 W ; Q=400 VAr), a simple vista el generador está sobrexcitado respecto a un punto denominado origen. Este punto es definido con la letra D(P=0 Q=0), donde se considera la referencia entre un estado subexitado o sobrexcitado, pero cuando lo realizamos en el laboratorio es difícil encontrar dicha coordenada, es por eso que se debe colocar en un punto cercano a D. No se puede partir desde el punto D para llegar al punto A directamente, debemos establecer un nuevo punto, llamado C, donde al variar el valor de la corriente de campo (disminuir la resistencia) podemos variar diferentes valores de Q hasta llegar al punto C. Encontrado dicho punto, se debe modifica la corriente de campo hasta llegar al valor nominal, y a la vez aumentando la velocidad del motor acoplado al generador se podrá llegar al punto A.
PUNTO H
= 800
H. Escriba todas las recomendaciones que usted considera esenciales para la realización de esta práctica.
= −1337
= 0.23 .. = −0.382 ..
PUNTO J
= 1388.31 = −3212.14 = 0.4 . . = −0.92 ..
Tener en cuenta la bornera del motor y del generador ya que puede haber inconvenientes sino se explica bien antes de proceder a armar los diferentes circuitos. Colocar de forma adecuada los amperímetros ya que estos dispositivos tienen polaridad y si está mal conectado la aguja se desviará para el lado equivocado. Es necesario que los laboratorios estén en relación con la teoría que se ve en c lase ya que de esa manera se logrará entender mejor el fenómeno que sucede.
Para que dos generadores sean colocados en paralelo se debe establecer primero que exista una diferencia mínima de voltaje, ya que si existe una diferencia grande entre los generadores podría producirse un cortocircuito dañando a las máquinas. Para desacoplar dos generadores en paralelo es importante que la potencia sea cero, esta potencia se obtiene variando la velocidad del motor acoplado al generador.
II. CONCLUSIONES
El límite en el generador en está determinado por la capacidad de la máquina motriz debido a limitaciones propias de fabricación, esta restricción impide entregar más cantidad de potencia máxima.
Es muy importante conocer los parámetros de operación del generador, así como la curva de capacidad del mismo, para no llevar al generador a un punto de operación inapropiado.
La operación de un generador síncrono es limitada principalmente por el calentamiento de los devanados del rotor como del estator. REFERENCIAS
[1] A.E. Fitzgerald. Maquinas Eléctricas. 6ta edición. Mc Graw Hill, México- México. 2004. [2] J. Garrigós, “Motores de Corriente Alterna”, [online]. España, I.E.S Andrés de Valndelvira, 2011. Disponible en: http://platea.pntic.mec.es/~jgarrigo/SAP/archivos/1eva/introduccion_ motores_ca.pdf [3]. D. J. Trujillo. 1ra edición. Escuela Politécnica Nacional. Diagnóstico y actualización del trabajo de control y mesas de trabajo del laboratorio de máquinas eléctricas de la Escuela Politécnica Nacional. Quito-Ecuador. Julio 2009. Disponible en: bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1598/1/CD-2325.pdf [4]. B. G. Guru. Maquinas Eléctricas y Transformadores, 3ra edición. OXFORD. México DF- México. 2002
ANEXO 1
