UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y APLICADAS INGENIERÍA ELÉCTRICA
CICLO:
Octavo
FECHA:
16/05/2014
ASIGNATURA:
Dinámica de Máquinas
DOCENTE:
Ing. Nicolay Ramón
TEMA:
Diagramas fasoriales de la MS, para distintas Cargas eléctricas.
INTEGRANTES:
Aguilar Mauricio Flores Cristian
Latacunga – Ecuador 2014
1. Tema. Diagramas fasoriales de la MS, para distintas cargas eléctricas.
2. Objetivos
2.1.Objetivo general Explicar el comportamiento de la Máquina Sincrónica a diferentes tipos de cargas eléctricas, con el fin de obtener los diagramas fasoriales correspondientes a dicha máquina.
2.2.Objetivos específicos Definir los diagramas fasoriales de una maquina sincrónica, con una carga inductiva, resistiva y capacitiva. Analizar cuál es el comportamiento del voltaje inducido que presenta la máquina sincrónica trabajando con diferentes cargas. Explicar la relación que existe entre los conceptos aprendidos mediante la realización de este trabajo investigativo y la aplicación en la vida real. Emitir las conclusiones sobre el presente trabajo.
3. Marco Teórico
Diagramas fasoriales de la MS, para distintas cargas eléctricas. Diagrama Fasorial. Definición.- Debido a que los voltajes en un generador sincrónico son alternos, usualmente se expresan como fasores. Puesto que los fasores tienen magnitud y ángulo, la relación entre ellos debe ser expresada por un dibujo bidimensional. Cuando los voltajes en una fase (EA , VФ , jXS IA y RA IA) y la comente IA en la fase se grafican de tal forma que muestren las relaciones entre ellos, el dibujo resultante se llama diagrama fasorial.
Circuito equivalente por fase del estator.
VP : Tensión inducida en el estator por el campo excitador del rotor. Xm : Reactancia de magnetización. Representa al campo magnético del estator. Vi : Tensión interna. Representa el efecto del campo resultante en el entrehierro. Vr.a.: Tensión de reacción de armadura. Representa el campo magnético del estator.
Xs : Reactancia de dispersión. Ra : Resistencia del devanado de la fase a. Va : Tensión de terminales del estator fase-neutro. XS = Xm+Xs : reactancia sincrónica.
El generador con varias cargas.
El comportamiento de un generador síncrono depende del tipo de carga que tiene que alimentar. Existen muchos tipos de cargas, pero todas se pueden reducir a dos categorías básicas.
a) Cargas aisladas, alimentadas por un solo generador. b) El bus infinito o barra conductora infinita.
Carga inductiva.-
En este caso los flujos están desfasados un ángulo que depende de la carga del generador; en consecuencia se produce un efecto desmagnetizante, la suma vectorial de los flujos es menor; y los polos de igual nombre enfrentados, se rechazan apareciendo un momento resistente.
Carga capacitiva.En algunos casos la carga es un tanto capacitiva, para que la corriente I esté adelantada un ángulo θ con respecto al voltaje terminal. ¿Qué efecto tiene esto en el diagrama fasorial? La respuesta se encuentra en la figura. El voltaje Ex a través de la reactancia síncrona sigue 90° delante de la corriente. Además, Eo de nuevo es igual a la suma fasorial de E y Ex. Sin embargo, el voltaje terminal ahora es más grande que el voltaje inducido Eo, lo cual es un resultado muy sorprendente. En realidad, la reactancia inductiva Xs entra en resonancia parcial con la reactancia capacitiva de la carga. Aunque podría parecer que estamos obteniendo algo por nada, el voltaje terminal más alto no produce más potencia.
Del mismo modo que en los casos anteriores, si colocamos una carga con f.d.p. en adelanto, y le agregamos otra con el mismo f.d.p. notamos que el valor de VA se incrementa realmente, es decir se produce un aumento de la tensión en sus terminales, tal como vemos en el diagrama fasorial
Carga resistiva.- muestra estas relaciones cuando el generador alimenta una carga con un factor de potencia unitario (una carga puramente resistiva). De la ecuación se obtiene que el voltaje total Vp difiera del voltaje en los terminales de la fase Va por las caídas de voltaje resistivo e inductivo. Todas las corrientes y voltajes están referenciados a Va y se asume arbitrariamente que tiene un ángulo de 0o.
Si tuviéramos un generador síncrono con una carga resistiva, le aplicamos otra con el mismo f.d.p. (f.d.p.=1), y teniendo en cuenta las mismas restricciones que en el caso anterior, podemos observar en el diagrama fasorial que el valor de VA decrece ligeramente.
Para una misma tensión de salida el generador puede ceder o absorber potencia reactiva dependiendo de que la carga sea inductiva o capacitiva para conseguirlo basta modificar el valor de la e (modificando el campo de excitación)
En las máquinas síncronas reales, por lo regular la reactancia síncrona es mucho más grande que la resistencia del devanado Ra. Por lo que a menudo se desprecia Ra en el estudio cualitativo de las variaciones de voltaje. Obviamente, para obtener resultados numéricos exactos se debe considerar Ra.
Curva de capabilidad La curva de capabilidad de un generador se deriva de manera simplificada sin tomar en cuenta el efecto de saturación y despreciando la resistencia y capacitancia en los devanados. Cuando la máquina síncrona opera en sus valores nominales, es decir; valores a los cuales los devanados y el núcleo alcanza la temperatura de régimen de diseño, se obtienen las fronteras de la región de operación dentro de la cual la máquina no sufre daño ni envejecimiento prematuro.
El comportamiento de un generador síncrono comprende fundamentalmente dos condiciones de operación: a) Estado transitorio b) Estado estable
Las características del generador en estado estable se refieren sobre todo a los límites térmicos para la operación segura del generador. Es muy útil que el operador conozca las características de comportamiento en estado estable (Capabilidad) de su máquina, ya que éstas marcan las condiciones límites de operación, además el operador puede conocer cómo influyen los parámetros de la unidad en su operación y no dependen de que los instrumentos de medición tengan indicados los límites.
La curva o diagrama de capabilidad se basa en un diagrama fasorial de potencias activa y reactiva llamado Diagrama Circular de la Máquina Síncrona. A la curva de capabilidad se le llama también diagrama de límite térmico, porque permite determinar el valor al cual la
máquina sus embobinados y sus núcleos, alcanzan la temperatura de régimen de operación estable de acuerdo a sus aislamientos y manufactura.
La primera restricción proviene de la potencia que puede proporcionar la turbina. Operando a esta potencia, la maquina puede generar o absorber potencia reactiva. Si aumentamos la potencia activa, tenemos una menor capacidad de generar o absorber potencia reactiva. En cualquier caso la potencia aparente no puede ser mayor a la capacidad del generador, porque elevaría la temperatura de los devanados del estator por encima del nivel para el que fueron diseñados
El límite de capabilidad en la sección superior de la curva corresponde a los límites térmicos del campo y de la armadura del generador. El campo electromagnético de excitación (CD) y el del estator (CA) girando en sincronismo forman un campo que atraviesa el entrehierro radialmente. Este flujo aumenta las perdidas en el núcleo y genera calor adicional.
Normalmente, el campo del generador es ajustado de tal forma que se entregan potencia real y potencia reactiva al sistema de potencia. En la región de operación normal, la curva de capabilidad del generador muestra los límites de operación. Éstos son límites térmicos (rotor y estator). En el área de subexcitación, la operación es limitada por el calentamiento del hierro en el extremo del estator. El límite de capabilidad en la sección superior de la curva corresponde a los límites térmicos del campo y de la armadura del generador.
Curvas de regulación Cuando un solo generador síncrono alimenta una carga variable, nos interesa saber cómo cambia el voltaje terminal E como una función de la corriente I de la carga. La relación entre E e I recibe el nombre de curva de regulación. Las curvas de regulación se trazan con la excitación de campo fija y para un factor de potencia de carga dado. La figura 16.23 muestra las curvas de regulación para el generador trifásico de 36 MVA y 21 kV del ejemplo 16-4. Se dan para cargas que tienen un factor de potencia unitario, un
factor de potencia retrasado de 0.9 y un factor de potencia adelantado de 0.9, respectivamente.
4. Conclusiones
Una maquina síncrona puede trabajar como compensador síncrono debido a la capacidad que tiene de absorber o entregar potencia reactiva mediante la regulación de la corriente de excitación en el devanado de campo.
El voltaje en terminales de un generador sincrónico varía en función de la carga puesta en el mismo, así como la frecuencia varía en función de la velocidad de la turbina.
Con los diagramas fasoriales podemos calcular los parámetros de la máquina sincrónica, y se puede determinar el comportamiento a diferentes cargas conectadas.
La máquina síncrona trabaja de diferente forma en un bus infinito que en un sistema aislado ya que en la barra infinita, un generador pequeño no absorbe tanta carga, y también trabaja como compensador.
5. Bibliografía
Máquinas síncronas y motores C.A. de colector, Manuel Cortés Cherta, Editorial Reverte, 1995
Máquinas eléctricas, Stephen J. Chapman, editorial McGraw-Hill, 2012.
Sistemas eléctricos de gran potencia, B.M. Weedy, Editorial Reverte, 1978.
