Clase 01 ME2

15/02/2016

Máquinas AC

La máquina síncrona

Objetivos generales •

Dife Difere renc ncia iass y desc descri ribi birr las las part partes es cons constr truc ucti tiva vass de una una máqu máquin ina a síncrona.

•

Analizar la generación de tensión.

Máquinas Eléctricas éctricas A ! "ecsup#ur

Objetivos Describir las partes constructivas de una máquina síncrona. Evaluar el modelamiento de la máquina síncrona. Realizar ensayos en vacío y cortocircuito de un alternador síncrono. nalizarr y eva naliza evalua luarr el !un !uncion cionamie amient nto o de una máquina máquina de inducci"n. #eleccionar motores.

Realizar ensayos para evaluar el !uncionamiento y rendimiento de las máquinas asíncronas mono!ásicas y tri!ásicas.

1

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Laboratorios $aboratorio 1% El alternador tri!ásico. $aboratorio 2% El motor síncrono. $aboratorio &% $a máquina de inducci"n. $aboratori $abor atorio o '% (edi (edici"n ci"n de los parámetros parámetros el)ctricos el)ctricos de un motor de inducci"n. $aboratorio 5% *enerador de inducci"n. $aboratorio 6% El motor de inducci"n tri!ásico en cone,i"n #teinmetz. $aboratorio -% (otor universal. $aboratorio % (otores mono!ásicos.


Trabajos /rabao 01% #elecci"n de motores de inducci"n tri!ásico inal % /rabao 02% Evaluaci"n del rendimiento de motores inal %


Sistem Sis temaa de Ev Evalua aluación ción:: x Nota Final = 0.30 Pa + 0.60 Pb + 0.10 E

Dond Do nde% e%

E  E, E,am amen en 3a  3ruebas de ula4 3b  3ruebas de $aboratorio4 $aboratorio4 3t  3ruebas de /aller /aller


2

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ase partida apacitor de partida aula de ardilla

Clasificación:

apacitor permanente 3olos sombreados Doble capacitor

síncrono Rotor bobinado (ono!ásico

Repulsi"n

R ot ot or or m ac ac izizo

7 isis t) t) re re si si s

Reluctancia #íncrono

8manes permanentes

8nducci"n $ineal

(otor 

8manes permanentes aula de ardilla síncrono Rotor bobinado 8manes permanentes

/ri!ásico

Reluctancia #íncrono 3olos lisos

-

3olos salientes

LA M!"#$A S%$&'O$A Generalidades


&on(iguración básica

)evanado

Situación

*recuencia

Ti+o

8nductor

Rotor

0 7z 9corriente continua:

a: ;obinas ;obinas en ranura ranurass 9rotor cilíndrico: b: ;obinas ;obinas polares polares 9polos salientes:

8 nd nd uc uci do do

Estato r

5 0 " 60 7 z

; ob ob in in as as e n ran ur uras


&

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&onstitución de una máquina síncrona

Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

LA M!"#$A S%$&'O$A Fundamentos de máquinas síncronas La máquina síncrona de campo fijo

De forma semejante a las máquinas de corriente continua, el devanado de campo es excitado por una fuente c.c. El devanado de armadura colocado en el rotor es llevado a anillos colectores, por donde se tiene la salida en tensión alterna, caso la máquina funcione como generador o la entrada en corriente alterna caso la máquina funciona como motor.

LA M!"#$A S%$&'O$A Fundamentos de máquinas síncronas – de campo fijo


'

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MÁQUINA SÍNCRONA #upon
Φ = BA cos ( θ ) = BA cos ( ωt ) $a !uerza electromotriz inducida en la bobina es%

eind = − N

d dt

Φ ( t ) = NBAω sen (ω t )


LA M!"#$A S%$&'O$A

Fundamentos de máquinas síncronas La máquina síncrona de campo móvil En esta máquina el devanado de campo es colocado en el rotor y el devanado de armadura es colocado en el estator. El devanado de campo es alimentado por una fuente CC a través de dos anillos colectores y la armadura es conectada directamente a una carga o a la fuente polifásica CA.


MÁQUINA SÍNCRONA Ventajas de la utilización de armadura estacionaria y campo girante La mayor parte de los generadores de energía en corriente alterna utilizan armadura estacionaria y campo girante.

a) Reactancia de armadura reducida: La armadura estacionaria presenta una reluctancia reducida al flujo. Debido a una sección transversal de hierro mayor. La reluctancia reducida también reduce la cantidad de flujo disperso producido por la armadura.

b) En grandes estatores polifásicos el devanado de la armadura es más complejo que el devanado de campo . Las varias bobinas y conexiones entre las fases pueden ser construidas más fácilmente en una estructura estacionaria rígida que en un rotor.

c) Mejor aislamiento: Es más fácil aislar el estator que el rotor. Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

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MÁQUINA SÍNCRONA Ventajas de la utilización de armadura estacionária y campo girante d) Número necesario de anillos colectores aislados: i. Para el caso de una armadura rotativa , serian necesarios tres anillos colectores para un generador trifásico. ii. Habria problemas en el momento de transferir altas tensiones, por ejemplo 13200 V/fase en altas correntes de los anillos colectores de la armadura para las escobas estacionárias en contacto con estos anillos. iii. Aislar del eje los anillos colectores es un problema.


MÁQUINA SÍNCRONA Máquinas primárias El accionamiento de los generadores trifásicos de corriente alterna (alternadores) puede ser realizado de várias formas : turbina a vapor, motor a diesel, turbina hidráulica, turbina a gás. Com base en este aspecto, existen dos tipos de rotores:

a) Rotores de polos no salientes o cilíndricos : utilizados em alternadores de alta velocidad. Menor cantidad de polos. Estos poseen una pequeña circunsferencia cuando comparados a los rotores de pólos salientes. Poseen gran longitud axial.

b) Rotores de polos salientes: Empleados en alternadores de velocidad media o baja. En el caso de una turbina hidráulica , los alternadores requieren una gran cantidad de pólos. Poseen pequeña longitud axial .


MÁQUINA SÍNCRONA

ROTORES

Rotor de pólos salientes

Rotor de pólos cilíndricos


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MÁQUINA SÍNCRONA

Tipos


MÁQUINA SÍNCRONA PUNTOS PRINCIPALES i. ii.

La máquina gira en una velocidad constante en régimen permanente. El campo girante del entrehierro y el rotor giran en la misma velocidad, denominada de velocidad síncrona. iii. Como muchas máquinas rotativas, la máquina síncrona puede funcionar como generador o como motor. iv. Máquinas síncronas son usadas principalmente como generadores de energía eléctrica, llamados de generadores síncronos o alternadores. v. Lo s motores síncronos son utilizados en grandes estaciones de bombeamiento. vi. En la industria, motores síncronos son muy utilizados donde la velocidad constante es deseada.


MÁQUINA SÍNCRONA PUNTOS PRINCIPALES  La máquina síncrona es tipo doblemente excitada.  Una característica del motor síncrono es que puede operar con factor de

potencia variable, en avanzo o en atraso. Esto puede ser realizado a partir del ajuste del valor de la corriente de campo.  Para el motor síncrono, los polos del rotor son excitados por una fuente

CC y el devanado del estator es conectado a una fuente CA.  EL flujo resultante en el entrehierro es resultante de los flujos debido a

las corrientes del rotor y del estator.  Una máquina síncrona sin carga es denominada de capacitor síncrono.

Puede ser usada en líneas de transmisión para regulación de tensión de línea. Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

-

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MÁQUINA SÍNCRONA GENERADORES SÍNCRONOS (ALTERNADORES)

Tensión interna generada La tensión inducida en el estator por fase e s dada por:

E f = 4, 44fNΦK w Suponiendo el devanado de campo en el rotor siendo alimentado por corriente continua. El rotor es accionado por una máquina primária (que puede ser uma turbina hidráulica) y un campo magnético girante es establecido en el air gap.


MÁQUINA SÍNCRONA GENERADORES SÍNCRONOS (ALTERNADORES) Tensión interna generada E f = 4, 44fNΦK w La tensión interna generada o la tensión de excitación depende de la velocidad de accionamiento de la máquina primaria y del flujo. La variación de la tensión interna generada con la corriente de campo es dada por una curva denominada Curva de Magnetización .


MÁQUINA SÍNCRONA GENERADORES SÍNCRONOS Circuito equivalente La tensión interna generada producida en una fase del generador no siempre aparece en los terminales del generador. La tensión de salida solamente es igual a la tensión interna generada en la condición sin carga.


.

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MÁQUINA SÍNCRONA GENERADORES SÍNCRONOS (ALTERNADORES) Existe un gran número de factores por los cuáles la tensión interna generada ( fem) es diferente a la tensión terminal:  La distorsión del campo magnético en el air gap por la corriente que

fluye en el estator llamada de reacción de armadura ;

 La inductancia

propia de las bobinas de armadura ;

 La resistencia de las bobinas

de armadura ;

 El efecto de la forma del rotor de polos salientes.


MÁQUINA SÍNCRONA GENERADORES SÍNCRONOS (ALTERNADORES) Reacción de armadura: Si una carga es conectada en los terminales del generador, una corriente fluye. Pero, corrientes trifásicas produziran su próprio campo magnético en la máquina. El campo magnético del estator distorsiona el campo magnético inicial del rotor, cambiando la tensión de fase resultante.


MÁQUINA SÍNCRONA GENERADORES SÍNCRONOS (ALTERNADORES) Sea ϕf el flujo debido a la corriente de campo I f y ϕ a el flujo debido a la corriente que circula por el devanado de la armadura I a, denominado de flujo de reacción de armadura. F f

Entonces:

Φr = Φf + Φa Fr

Φf Φr

Donde Φr es el flujo resultante en el entrehierro.

Ef

θ Φa

Fa Ia


>

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MÁQUINA SÍNCRONA Cada componente del flujo induce una componente de tensión en el devanado del estator. Φf

Ef

Φar

Ear

Φr

Er

La tensión

de excitación E f puede ser encontrada a partir de la curva de

magnetización, en cuanto la tensión Ear depende del flujo Φar y por lo tanto de la corriente que circula por el devanado de armadura.


MÁQUINA SÍNCRONA La tensión resultante es dada por:

E r = E f + Ear Ef = E r − Ear Circuito equivalente inicial: Φf + Ef

+ Ear

Ia

Er

-

If

Φar

+

-Ear

Ear

-


MÁQUINA SÍNCRONA DIFERENTES TIPOS DE REACTANCIAS Si las dos reactancias X ar y Xal fueran combinadas resulta en la reactancia denominada de reactancia síncrona (X s).

X s = X ar + X al

REACTANCIA SÍNCRONA

Zs = R a + jX s

IMPEDANCIA SÍNCRONA


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El alternador tri(ásico ,rinci+io de (uncionamiento


LA M!"#$A S%$&'O$A - MOTO'


LA M!"#$A S%$&'O$A

Principio de funcionamiento - Generador E#//?R Devanado tri!ásico distribuido conectado a la car
f = P

N

60

33RE# DE 3?$?# AHE$?8DD DE *8R?

3ara conectar el
ontrolando la e,citaci"n 9tensi"n de alimentaci"n del rotor: se consi
R?/?R Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo ma
/RA#?R(8BA DE EAER*C (EA8 EA EAER*C E$/R8

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LA M!"#$A S%$&'O$A - .E$E'A)O'


LA M!"#$A S%$&'O$A - .E$E'A)O'

LA M!"#$A S%$&'O$A Principio de funcionamiento - Generador Se debe suministrar una corriente DC al circuito de campo del rotor. Puesto que el rotor esta girando se requiere un arreglo especial para entregar potencia DC. Existen dos formas: 1. Suministrar la potencia DC desde una fuente externa al rotor por medio de anillos rozantes y escobillas. 2. Suministrar la potencia DC desde una fuente DC especial, montada directamente en el eje del generador. Excitatriz


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M!"#$A S%$&'O$A Excitatriz: (sin escobillas) Pequeño generador CA colocado sobre el eje del generador principal cuyo objetivo es alimentar el devanado de campo de la máquina principal. La excitatriz es un generador cuyo devanado de campo es fijo y la armadura es móvil. Para que la excitación de un generador sea independiente de cualquier fuente externa, se incluye un excitador piloto (pequeño generador AC de imanes permanentes montado en el eje del rotor y un devanado trifásico montado sobre el estator).


Sistema de excitación


MODERNOS SISTEMAS DE EXCITACIÓN EXCITACIÓN ESTÁTICA SIN ESCOBAS CON DIODOS ROTATORIOS

• Un excitador sin escobilla es un generador de ca pequeño con:

• 1. Un circuito de armadura

montado en el eje del rotor.

• 2. Un circuito de campo montado en el estator


1&

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GENERADOR SÍNCRONO Y MÁQUINA PRIMA


El alternador tri(ásico &ircuito equivalente


LA M!"#$A S%$&'O$A Circuito equivalente (fase) de la máquina síncrona – polos lisos Xal

Xar

Ra

Ia

Ef

X s = X ar + X al Vt

Zs = R a + jX s


1'

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Circuito equivalente (por fase de la m!quina s"ncrona Reactancia síncrona

Resistencia estator

jXs

Rs

IG +

Reactancia síncrona reactancia dispersi"n estatorJe!ecto de reacci"n de inducido

V

E

jXs

IM

A

+

Rs

A V

E

uncionamiento como
uncionamiento como motor

B

B

$a E( E es proporcional a la corriente de e,citaci"n del rotor. En !uncionamiento como
Circuito equivalente (por fase de la m!quina s"ncrona


MÁQUINA SÍNCRONA Diagrama fasorial GENERADOR SÍNCRONO – polos lisos Xs

Xar

Ia

Vt ∠0o

Ef

 E f

 V t

I a

 E f

 V t


15

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MÁQUINA SÍNCRONA Diagrama fasorial MOTOR SÍNCRONO Xs

Xar Ia

Vt ∠0o

Ef

 E f

 E f

I

 V t

 V t

a


MÁQUINA SÍNCRONA Diagrama fasorial Motor síncrono

Generador síncrono

 E f

 V t

Ia

 E f

 V t



Ia


M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A / TO'!"E- M0S0 ,OLOS L#SOS

$a potencia complea por !ase4 # en los terminales es%


16

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M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A / TO'!"E


M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A / TO'!"E #i la resistencia del circuito de armadura !uera desconsiderado4 KsLs y =0.


M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A / TO'!"E #i la resistencia del circuito de armadura !uera desconsiderado4 KsLs y =0.

La máxima potencia se llama límite de estabilidad estática. Ángulos de par a plena carga entre 15° a 20° son los más típicos en las máquinas reales.

1-

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M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A / TO'!"E uando M N 04 entonces la máquina síncrona opera como
M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A / TO'!"E mbas potencia y torque varían con el án
$a máquina puede ser car

MÁQUINA SÍNCRONA MÁQUINA SÍNCRONA – polos salientes En el circuito equivalente de las máquinas síncronas de polos salientes, las reactancias síncronas de ejes d y q deben ser consideradas.

Iq

Ef Vt

Id

RaIa

Ia

jXqIq

jXdId


1.

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M!"#$A S%$&'O$A &A'A&TE'#ST#&A )E ,OTE$&#A - M0S0 ,OLOS SAL#E$TES


M!"#$A S%$&'O$A ,OTE$&#A / ,A' E$ LOS .E$E'A)O'ESS#$&'1$#&OS


El alternador tri(ásico Ensa2os de vacío 2 corto-circuito


1>

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LA M!"#$A S%$&'O$A

Determinación de los parámetros de la M.S Ensayo de circuito abierto La máquina síncrona es accionada en la velocidad síncrona y la tensión terminal del circuito abierto es medida V f=E f a medida que la corriente de campo es variada. Reta do air gap d

Ef Tension nominal

OC C

c

SCC f b

Corriente nominal Ia

a

If

e

LA M!"#$A S%$&'O$A

Determinación de los parámetros de la M.S Ensayo de corto circuito Para este ensayo se ajusta la corriente de campo a cero y se cortocircuita los terminales del generador por medio de un grupo de amperímetros. Luego cuando se incrementa If se mide Ia. Reta do air gap d

Ef Tension nominal

OC C

c

SCC f b

a


If

e

LA M!"#$A S%$&'O$A

Determinación de los parámetros de la M.S Reactancia síncrona no saturada Puede ser obtenida de la tensión correspondiente a la recta de air gap y de la corriente de corto circuito de la máquina para un valor particular de corriente de campo. Recta del Zs (nao−sat ) = X s(nao−sat) =

Eda Iba

Ef

= R a + jX s(nao−sat )

air gap d Tension nominal

SCC

Eda Iba

OC C

c f b

a


e

If


20

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LA M!"#$A S%$&'O$A

Determinación de los parámetros de la M.S Reactancia síncrona saturada Antes de conectar una MS a una barra infinita su tensión de excitación debe ser elevada hasta el valor nominal. Por lo tanto, la máquina opera con un nivel de saturación. Zs (sat ) =

Eca I ba

Reta do air gap d

Ef

= R a + jX (sat ) Tension nominal

OC C

c

SCC

Corriente nominal

f b

Ia

a

If

e


LA M!"#$A S%$&'O$A

Determinación de los parámetros de la M.S

   =

  =

  

 ′


LA M!"#$A S%$&'O$A

Determinación de los parámetros de la M.S 'elación de corto-circuito  =



 

1  ()


21

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El alternador tri(ásico en vacío 2 en carga


LA M!"#$A S%$&'O$A

El generador síncrono en vacío Reactancia síncrona

Resistencia estator

jXs

Rs

IG +

/ensi"n en vacío H

20

A V

E

15

18kV 390MVA

3000RPM

B uando el
3R?3?R8?A$  8EL

10

5

Iexc 500

1000

1500 2000

polo:


LA M!"#$A S%$&'O$A

El generador síncrono en carga uando el alternador trabaa en vacío el Pnico !luo e,istente es el producido por la corriente continua de e,citaci"n del rotor uando suministra corriente a El !luo total de la máquina una car
22

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LA M!"#$A S%$&'O$A

El generador síncrono en carga jXs

IG

Rs

E

A

jXs

Carga resistiva +

I

V

E

U

ar
E

RI jXs

Carga Inductiva

B

U

I

,A'A "$A M#SMA TE$S#1$ )E SAL#)A EL .E$E'A)O' ,"E)E &E)E' O A3SO'3E' ,OTE$&#A 'EA&T#4A )E,E$)#E$)O )E !"E LA &A'.A SEA #$)"&T#4A O &A,A&#T#4A

RI

E

jXs

I

3ara conse
Carga capacitiva

U


RI

LA M!"#$A S%$&'O$A 5 *uncionamiento Aislado

El generador síncrono en carga EL .E$E'A)O' AL#ME$TA A "$A &A'.A )E *O'MA #$)E,E$)#E$TE

*"$&#O$AM#E$TO A#SLA)O

Aumento en la excitación

Aumento en +otencia mecánica

La tensión de alimentación +uede variar El (actor de +otencia de la carga es (ijo

Aumento en la tensión de salida

Aumento en la velocidad de giro

Aumento en la (recuencia


LA M!"#$A S%$&'O$A

El G.S. en carga – funcionamiento aislado Funcionamiento aislado – Incremento de carga Que ocurre cuando se incrementa la carga en un generador aislado. No se cambia la Rf, la If es constante y la velocidad también es constante: • Si se adiciona cargas en atraso (consumo de Q), VT decrece significativamente. • Si se adiciona cargas con fdp unitario, se presenta una ligera disminución de V T. • si se adiciona cargas con fdp en adelanto, VT se incrementa.

Fig.1 – G.S.

Fig.2 – G.S.

Fig.3 –G.S.

2&

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LA M!"#$A S%$&'O$A

El G.S. en carga – funcionamiento aislado


LA M!"#$A S%$&'O$A

El G.S. en carga – funcionamiento aislado Un incremento en I F eleva el flujo, que a su vez incrementa E A, un aumento en EA eleva los voltajes de fase. 1. Disminuye la resistencia de campo del generador se incrementa su corriente de campo. 2. Un incremento en la corriente de campo incrementa el flujo en la máquina. 3. Un incremento en el flujo incrementa el voltaje interno EA = kΦw. 4. Un incremento en EA incrementa VT.


LA M!"#$A S%$&'O$A

El G.S. en carga – funcionamiento aislado Funcionamiento aislado – Incremento de carga Para comparar el comportamiento del generador será mediante el cálculo de RV.

Normalmente se desea conservar constante el suministrado a la carga aunque la carga en sí varíe. - ¿Cómo pueden corregirse las variaciones del voltaje?

voltaje

Variando EA para compensar cambios de carga, EA se debe controlar variando el flujo.


2'

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LA M!"#$A S%$&'O$A

El G.S. en carga – funcionamiento aislado Funcionamiento aislado 

La frecuencia depende enteramente de la velocidad del motor primario que mueve la máquina síncrona.



El fdp del generador es el fdp de la carga



La tensión de salida depende de:  La

velocidad de giro (la fem depende de la frecuencia y del

flujo) 

De la corriente de excitación



De la corriente de inducido



Del fdp de la carga

La +otenciasuministrada+or el generador es al que solicita lacara0 &uando la carga demandamás +otenciael alternador reduce su velocidad0 Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

LA M!"#$A S%$&'O$A 5 *uncionamiento aco+lado

El generador síncrono en carga EL .E$E'A)O' EST &O$E&TA)O A OT'A 'E) E$ LA !"E A&T6A$ OT'OS .E$E'A)O'ES: S" ,OTE$&#A ES M"/ ,E!"E7A 'ES,E&TO )E LA TOTAL )E LA 'E)

&O$E8#1$ A 'E) )E ,OTE$&#A #$*#$#TA

Aumento en la excitación

La tensión de alimentación EST *#9A)A ,O' LA 'E)

Aumento en +otencia mecánica

Aumento en la ,OTE$&#A 'EA&T#4A E$T'E.A)A

La (recuencia EST *#9A)A ,O' LA 'E)

Aumento de la ,OTE$&#A A&T#4A E$T'E.A)A Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

LA M!"#$A S%$&'O$A 5 *uncionamiento aco+lado

#F;EL8/8BA

2 1 #?;REL8/8BA

3

2

E

A?R($

U

3

E ϕ

i

XI

U

i

ϕ

jXI

*EAERD?R #?;REL8/D?

E

RI

α

XI

U

RI

*EAERD?R #F;EL8/D? REDF8BA DE $ 3?/EA8 RE/8H #F(8A8#/RD

i

ϕ α

RI

F(EA/? ?RR8EA/E F(EA/? DE$ A*F$? ϕ

F(EA/? DE $ 3?/EA8 RE/8H #F(8A8#/RD

25

15/02/2016

26

15/02/2016

La máxima demanda del sistema eléctrico interconectado nacional SEIN-COES, en marzo del 2013 fue de 5 355 MW. Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

La producción mensual a nivel nacional en marzo del 2013 se calcula en 3 682 GWh. Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

La producción mensual a nivel nacional en marzo del 2013 se calcula en 3 682 GWh. Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

2-

15/02/2016

LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Acoplamiento de G.S. en paralelo La aplicación de alternadores en paralelo es con la finalidad de suministrar mayor potencia cuando se requiere mayor demanda. Para poder llevar a cabo el emparalelamiento se debe:  Tensiones rms de línea de los alternadores en paralelo deben ser iguales. Alternadores en paralelo deben tener la misma secuencia de fase. Los ángulos de fase deben ser iguales. La frecuencia de los alternadores deben ser iguales.


LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Procedimiento del acoplamiento Se lleva la máquina A 2 hasta una velocidad próxima a la de sincronismo. Se alimenta la máquina A 2 de forma que el voltímetro U2 indique el mismo valor que el voltímetro U1. Controlamos la velocidad de A2 para que la frecuencia f2 se aproxime a la de la red. Se cierra el interruptor de acoplamiento, cuando el apagado de las lámparas dure 3 s


LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Procedimiento Utilizando voltímetros para ajustar la corriente de campo hasta que el voltaje en os terminales sea igual. Comparar la secuencia de fases.


2.

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LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Si no se cumplen las condiciones Si los voltajes no son exactamente iguales, habrá un flujo de corriente muy elevado cuando S1 cierre. Si la secuencia de fases es diferente en dos fases, en estas fases puede fluir muy altas corrientes que averíen ambas máquinas. Si la frecuencia de los generadores no son muy cercanas, ocurrirán grandes transitorios de potencia.


LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Si no se cumplen las condiciones – barraje infinito Si la frecuencia del generador a conectar en paralelo fuera ligeramente inferior, en este caso la potencia suministrada por el generador es negativa. El generador va a consumir potencia eléctrica y gira como motor. Muchos generadores tienen disparadores de potencia inversa.


LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Generador operado en paralelo con un barraje infinito La frecuencia y el voltaje en los terminales del generador son controlados por el sistema al cuál esta conectado. Los puntos de ajuste del gobernador del generador controlan la potencia real suministrada por el generador al sistema. La corriente de campo del generador controla la potencia reactiva suministrada por el generador del sistema.


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LA M!"#$A S%$&'O$A El generador síncrono – Operación en paralelo Ventajas Varios

generadores pueden suministrar más carga. Al tener varios generadores se incrementa la confiabilidad del sistema, puesto que la pérdida de alguno no causa la pérdida total de la carga. Es posible realizar mantenimiento en uno o varios de ellos.


LA M!"#$A S%$&'O$A Funcionamiento en paralelo de alternadores de potencia similares El reparto de potencia activa total es función de la pendiente de la curva frecuencia-potencia de cada máquina y de la posición de los reguladores de velocidad de motores primarios.

Las potencias activas se reparten de un modo directamente proporcional a las constantes de los reguladores. Resultará más cargado el generador que tenga el ángulo α mayor. La reducción en la posició n del regulador provoca: 1) reducción en la frecuencia del conjunto ; 2) reducción de la potencia suministrada .

LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico La curva

de capacidad de un G.S. establece los limites de

operación del generador. Un El

diagrama de capacidad es un dibujo de la potencia compleja.

operador del sistema eléctrico debe tener pleno conocimiento

de las curvas de capacidad de los generadores, ya que de estas curvas depende la correcta disposiciónde la carga del sistema.

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LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico La

curva de capacidad es determinada por:

Límite

térmico del circuito de la armadura (corriente de

armadura). Límite

térmico del circuito de excitación (I f)

Límite

de la fuente de potencia (kW)

Límite

de estabilidad (ángulo de potencia)

El límite

térmico del circuito de armadura es caracterizado por el

límite de potencia que la máquina cede. Potencia aparente = Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico Límite de la corriente de armadura Una de las limitaciones sobre la clasificación del generador es la máxima corriente que puede ser llevada por la armadura sin exceder los límites de calentamiento de la máquina.

El radio es equivalente a la potencia entregada en MVA

LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico Límite de la corriente de campo La corriente de campo es un segundo limitante de la operación del generador.

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LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico

;  $imitaci"n por 8! ;  $imitaci"n por 8a D  $imitaci"n por la máquina prima DE  $imitaci"n por 8a E  $imitaci"n por estabilidad *  $imitaci"n por e,citaci"n mínima


LA M!"#$A S%$&'O$A

Curva de capacidad del generador sincrónico de polos lisos

i<.I arta de operaci"n para un

LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico

#4 #S  puntos permitidos  máquina no está plenamente utilizada #24 #&  puntos no satis!actorios #1  punto permitido  máquina plenamente utilizada.


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LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico Generador síncrono sobreexcitado- suministrado potencia reactiva para la barra (P>0; Q>0)


LA M!"#$A S%$&'O$A Curva de capacidad del generador sincrónico Generador síncrono subexcitado - absorviendo potencia reactiva de la barra (P>0; Q<0)


LA M!"#$A S%$&'O$A

Curva de capacidad del generador sincrónico de polos salientes

i<.I arta de operaci"n para un

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Curva de capacidad del generador sincrónico de polos salientes Similar al caso anterior, la diferencia radica en la obtención de las curvas de excitación y límite de estabilidad permanente. Las ecuaciones para una máquina de polos salientes son:

Luego se tiene que:

Definiendo esta ecuación en coordenadas polares:

Entonces:

Fig.- Cardiode Legamón de Pascal Máquinas Eléctricas A ! "ecsup#ur

Curva de capacidad del generador sincrónico de polos salientes La determinación de los lugares geométricos correspondientes a la máxima corriente de armadura y al límite de la turbina, se determinan igual que una máquina de polos lisos .

Determinación de la máxima corriente de campo Graficar una semicircunferencia de diámetro igual a:

Medir la distancia comprendida entre (–V2 /Xd,0), esto corresponde a la fem inducida es igual a la nominal Ef=Vn. Fig.- Lugar geométrico de la máxima excitación


Curva de capacidad del generador sincrónico de polos salientes La determinación de los lugares geométricos correspondientes a la máxima corriente de armadura y al límite de la turbina, se determinan igual que una máquina de polos lisos .

Determinación del límite práctico para estabilidad permanente Graficar cardiodes para distintos valores de Ef, luego trazar líneas rectas a partir del origen de aquellas.

Fig.- límite teórico y práctico de estabilidad permanente


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Clase 01 ME2

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