El Generador Síncrono

EL GENERADOR SÍNCRONO PROBLEMA: ¿Cómo determinar los parámetros del ir!ito e"!i#alente de l $enerador sinrónio% &N'ORMAC&(N )E(R&CA * 'ORM+LAC&(N DE ,&P()ES&S El Generador S-nrono. o tam/i0n llamado Alternador. es !n tipo de má"!ina

•

el0 el0tr tri ia a rota rotatiti#a #a apa apa11 de tran trans2 s2or orma marr ener ener$$-a a meánia 3en 3en 2orm 2orma a de rota rotai ión ón44 en ener$-a el0tria5 el0tria5 Son los enar$ados enar$ados de $enerar $enerar la ma6or parte de la ener$-a el0tria el0tria ons!mida ons!mida

•

en

la red red..

6

s!

resp!esta dinámia res! res!ltlta a

dete determ rmin inan ante te para para

la

esta esta/i /ililida dad d

del sistema sistema desp!0s  desp!0s de !na pert!r/aión5 Por ello. para sim!lar la resp!esta dinámia de !n sist sistem ema a el0t el0tri rio o es impr impres esi ind ndi/ i/le le mode modela larr ade ade!a !ada dame ment nte e los los $ene $enerad rador ores es s-nronos5 •

Es apa apa11 de on# on#er ertitirr ener ener$$-a a meánia en el0 el0tr tri ia a !an !ando do oper opera a omo omo $enerador 6 ener$-a el0tria en meánia !ando operada omo motor 5

•

Los GS 2!nionan /a7o el prinipio de "!e en !n ond!tor sometido a !n ampo ma$n0tio #aria/le ma$n0tio  #aria/le rea !na tensión el0tria ind!ida !6a polaridad depende del sentido del ampo 6 s! #alor  del  del 2l!7o "!e lo atra#iesa5

•

La ra1ón por la "!e se llama $enerador s-nrono es la i$!aldad i$!aldad entre  entre la 2re!enia el0tria omo la 2re!enia an$!lar es deir el $enerador $irara a la #eloidad #eloidad del  del ampo ma$n0tio a esta i$!aldad de 2re!enias se le denomina sinronismo5

•

Esta má"!ina 2!niona alimentando al rotor o ir!ito de ampo por medio de !na /ater-a es deir por este de#anado 2l!irá CC5 mientras " en el estator o ir!ito de armad!ra la orriente es alterna CA5

•

C!ando !n $enerador s-nrono está sometido a ar$a. la tensión ind!ida s!2re am/ios por lo "!e se de/erá !tili1ar e"!ipos a!8iliares "!e $arantien !na óptima operaión del mismo5

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: El prinipio de 2!nionamiento de !n G5S se /asa en la le6 de 'arada65 Para rear tensión ind!ida en el ir!ito de armad!ra 3estator4. de/emos rear !n ampo ma$n0tio en el rotor o ir!ito de ampo. esto lo lo$raremos alimentado el rotor on !na /ater-a. este ampo ma$n0tio ind!irá !na tensión en el de#anado de armad!ra por lo "!e tendremos !na orriente alterna 2l!6endo alterna 2l!6endo a tra#0s de el5  Al operar omo $enerador. la es s!ministrada a la má"!ina por la apliaión de !n tor"!e tor"!e 6  6 por la rotaión del e7e de la misma. !na 2!ente de ener$-a meánia p!ede ser. por e7emplo. !na t!r/ina 9idrá!lia. 9idrá!lia. a $as o a #apor 5 +na #e1 estando el $enerador  onetado a la red el0tria. s! rotaión es ditada por la 2re!enia de la red. p!es la 2re!enia 2re!enia de  de la tensión tri2ásia depende tri2ásia  depende diretamente de la #eloidad de la má"!ina5 Para "!e la má"!ina s-nrona sea apa1 de e2eti#amente on#ertir ener$-a meánia apliada a s! e7e. es neesario "!e el enrollamiento enrollamiento de  de ampo ampo loali1ado  loali1ado en el rotor  de  de la má"! má"!in ina a sea sea alim alimen enta tado do por por !na !na 2!en 2!ente te de tensi tensión ón ontin!a de 2orm 2orma a "!e "!e al $ira $irar  r  el ampo ma$n0tio $enerado ma$n0tio $enerado por los polos del rotor ten$an !n mo#imiento mo#imiento relati#o  relati#o a los ond!tores ond!tores de  de los enrollamientos del estator5 De/ido a ese mo#imiento relati#o entre el ampo ma$n0tio de ma$n0tio de los polos del rotor. la intensidad intensidad del ampo ma$n0tio ma$n0tio "!e atra#iesa atra#iesa los enrollamien enrollamientos tos del estator estator irá a #ariar  #ariar 

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C!ando !n $enerador s-nrono está sometido a ar$a. la tensión ind!ida s!2re am/ios por lo "!e se de/erá !tili1ar e"!ipos a!8iliares "!e $arantien !na óptima operaión del mismo5

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: El prinipio de 2!nionamiento de !n G5S se /asa en la le6 de 'arada65 Para rear tensión ind!ida en el ir!ito de armad!ra 3estator4. de/emos rear !n ampo ma$n0tio en el rotor o ir!ito de ampo. esto lo lo$raremos alimentado el rotor on !na /ater-a. este ampo ma$n0tio ind!irá !na tensión en el de#anado de armad!ra por lo "!e tendremos !na orriente alterna 2l!6endo alterna 2l!6endo a tra#0s de el5  Al operar omo $enerador. la es s!ministrada a la má"!ina por la apliaión de !n tor"!e tor"!e 6  6 por la rotaión del e7e de la misma. !na 2!ente de ener$-a meánia p!ede ser. por e7emplo. !na t!r/ina 9idrá!lia. 9idrá!lia. a $as o a #apor 5 +na #e1 estando el $enerador  onetado a la red el0tria. s! rotaión es ditada por la 2re!enia de la red. p!es la 2re!enia 2re!enia de  de la tensión tri2ásia depende tri2ásia  depende diretamente de la #eloidad de la má"!ina5 Para "!e la má"!ina s-nrona sea apa1 de e2eti#amente on#ertir ener$-a meánia apliada a s! e7e. es neesario "!e el enrollamiento enrollamiento de  de ampo ampo loali1ado  loali1ado en el rotor  de  de la má"! má"!in ina a sea sea alim alimen enta tado do por por !na !na 2!en 2!ente te de tensi tensión ón ontin!a de 2orm 2orma a "!e "!e al $ira $irar  r  el ampo ma$n0tio $enerado ma$n0tio $enerado por los polos del rotor ten$an !n mo#imiento mo#imiento relati#o  relati#o a los ond!tores ond!tores de  de los enrollamientos del estator5 De/ido a ese mo#imiento relati#o entre el ampo ma$n0tio de ma$n0tio de los polos del rotor. la intensidad intensidad del ampo ma$n0tio ma$n0tio "!e atra#iesa atra#iesa los enrollamien enrollamientos tos del estator estator irá a #ariar  #ariar 

el tiempo tiempo.. 6 as- tendremos por la le6 de 'ar 'arada6 ada6 !na  !na ind!ión de tens tensio ione ness en las las terminales de los enrollamientos del estator5 De/ido a distri/!ión distri/!ión 6  6 disposiión espaial del on7!nto de enrollamientos del estator. las tensiones ind!idas en s!s terminales serán alternas alternas senoidales  senoidales tri2ásias5 La orri orriente ente el0t el0tria ria !tili1 !tili1ada ada para para alimen alimentar tar el ampo ampo es denomi denominada nada orrie orriente nte de e8itaión e8itaión55 C!ando el $enerador $enerador está 2!nionando 2!nionando aisladament aisladamente e de !n sistema sistema el0trio el0trio 3o sea. está en !na isla de potenia potenia4. 4. la e8itaión del ampo irá a ontrolar la tensión el0tria $enerada5 C!ando el $enerador está onetado a !n sistema el0trio "!e posee di#ersos $eneradores interli$ados. la e8itaión del ampo irá a ontrolar la potenia reati#a

$enerada5

 PARTES DE UN GENERADOR SINCRONO De manera 2!ndamental. el alternador está omp!esto por las si$!ientes partes: a4 Rotor o Campo del Generador S-nrono: Es la par parte de la má"!i á"!ina na "!e "!e reali eali1a 1a el mo#imiento rotato rotatorio rio.. onsti onstit!i t!ido do de !n material en#!elto en !n enrollamiento llamado de  enrollamiento enrollamiento de  de ampo ampo. . "!e tiene omo 2!nión 2!nión prod!ir  prod!ir !n ampo ma$n0tio onst ma$n0tio onstante ante as- omo en el aso del $enerador  de orriente ontin!a para ontin!a para interat!ar on el ampo ampo prod!ido  prod!ido por el enrollamiento del estator5 La tensión apliada

en

ese

enrollamiento

es ontin!a 6

la

intensidad

de

la orriente orriente soportada  soportada por ese enrollamiento es m!9o más pe"!e;o "!e el enrollamiento del estator. además de eso el rotor p!ede ontener dos o más enrollamientos enrollamientos.. siempre en n
Fig. 1: Rotor del Alternador 

/4 Estator o Armad!ra: Parte 2i7a de la má"!ina. montada en#!elta del rotor  de  de 2orma "!e el mismo p!eda $irar en s! interior. tam/i0n onstit!ido de !n material 2erroma$n0tio 2erroma$n0tio en#!elto  en#!elto en !n on7!nto de enrollamientos enrollamientos distri/!idos  distri/!idos al lar$o de s! ir!n2erenia5 Los enrollamientos del estator  son alimentados por !n sistema sistema de  de tensiones alternadas tri2ásias5 tri2ásias 5 Por el estator ir!la toda la ener$-a el0tria $enerada. siendo "!e tanto la tensión en !anto a orriente el0tria "!e el0tria  "!e ir!lan son /astante ele#adas en relaión al ampo. "!e tiene omo 2!nión sólo prod!ir !n ampo ma$n0tio para e8itar la má"!ina de 2orma "!e 2!era posi/le la ind!ión ind!ión de  de tensiones en las terminales de los enrollamientos del estator5 La má"!ina s-nrona está omp!esta /ásiamente de !na parte ati#a 2i7a "!e se onoe omo ind!ido o ES)A)OR 6 de !na parte $iratoria oa8ial "!e se onoe omo ind!tor  o RO RO)O )OR5 R5 El espa espai io o omp ompre rend ndid ido o entr entre e el roto rotorr 6 el esta estato tor. r. es ono onoi ido do omo omo entre9ierro5

Esta má"!ina tiene la parti!laridad de poder operar 6a sea omo $enerador o omo motor 5 S! operaión omo alternador se reali1a !ando se aplia !n #olta7e de = en el ampo de e8itaión del rotor 6 a s! #e1 0ste es mo#ido o despla1ado por !na 2!ente e8terna. "!e da l!$ar a tener !n ampo ma$n0tio $iratorio "!e atra#iesa o orta los ond!tores del estator. ind!i0ndose on esto !n #olta7e entre terminales del $enerador5

Fig. 2: Armadra del Alternador  4 Re$!lador de )ensión 3A#r4: El re$!lador a!tomátio de #olta7e. proporiona !na e8tinión al rotor. el rotor de/e tener  !n ampo ma$n0tio onstante en !anto a la direión de s!s l-neas ma$n0tias 3no en !anto a intensidad del ampo4 6 este se lo$ra e8itándolo on orriente direta 3alterna reti2iada4 la orriente alterna $enerada por el $enerador. de/e ser de !na 2re!enia onstante >?91@ 6 para eso el rotor siempre $ira a la misma #eloidad independientemente de "!e ar$a est0 prod!iendo 3se mide en me$a atts4 no en #olta7e. omo los re"!erimientos de ar$a 3ons!mo de la ener$-a prod!ida4 son #aria/les. la $eneraión

de me$a atts es #aria/le a 2re!enia 6 #olta7e onstante. si no tienes !n re$!lador  a!tomátio de #olta7e 3llamado AR en in$l0s4 esto no se p!ede lo$rar5 d4 Re$!lador de eloidad 3Ras4: No 9emos de on2!ndir estos dispositi#os on los re$!ladores de tensión de los alternadores. p!es si /ien at
)en$amos presente "!e determinadas ind!strias. para el 2!nionamiento de s!s ompliadas

instalaiones.

re"!ieren

!n

s!ministro

de ener$-a

el0tria on

!nos #alores m!6 e8atos de la 2re!enia 6 de la tensión5 Por lo tanto. los re$!ladores de/en de responder a !nas e8i$enias de sensi/ilidad. esta/ilidad 6 se$!ridad m!6 preisas5

 CIRCUITO E!UI"A#ENTE MONOFASICO DE UN GENERADOR SINCRONO El ir!ito mono2ásio e"!i#alente de !n Generador S-nrono #iene representado en la si$!iente 2i$!ra:

Fig. $: Cir%. E&i'alente Mono()*i%o del GS De este ir!ito. solo nos entraremos en el ir!ito de ar mad!ra. en la !al se tienen tres antidades "!e son 2!ndamentales en el omportamiento del GS. las !ales son:

Para

determinar

estos

#alores

se

reali1an

prinipalmente

tres pr!e/as.

la

pr!e/a resistenia de armad!ra. la pr!e/a de #a-o 6 la pr!e/a de ortoir!ito5 a4 Pr!e/a de Resistenia de Armad!ra: Esta pr!e/a onsiste en 9aer !so de !na 2!ente de orriente ontin!a en ada 2ase de la armad!ra. apliando el m0todo del oltio=Amperim0trio. omo se m!estra en la 2i$!ra:

Fig. +: Cone,i-n de la Prea de Re*i*ten%ia de Armadra De !6as mediiones se o/tiene "!e:

•

para one8ión *5

•

para one8ión 35 Ca/e menionar "!e si la pr!e/a se reali1a on orriente ontin!a. el #alor de la resistenia o/tenida de/e ser a7!stada. en primer l!$ar por  temperat!ra 3a temperat!ra de tra/a7o4. 6 posteriormente por e2eto sin. para 2inalmente o/tener el #alor de la resistenia n orriente alterna5

/4 Pr!e/a de a-o: Esta pr!e/a onsiste. omo die s! nom/re. en oloar el Generador en #a-o. es deir  sin ar$a al$!na en s!s /ornes. 9ai0ndola $irar a s! #eloidad nominal 6 on orriente de ampo i$!al a ero5  Al ir a!mentando $rad!almente el #alor de la orriente de ampo. se o/tienen di#ersos #alores de ero

6 6a "!e la orriente "!e ir!la por la armad!ra siempre será de/ido "!e se en!entra en #a-o. se o/tendrá "!e

Graias a 0sta pr!e/a. on los #alores o/tenidos. se p!ede 2ormar La !r#a de

Carater-stias de a-o

"!e permite enontrar la tensión interna $enerada

por !na orriente de ampo dada5

Fig. /: Cr'a de la* Cara%ter0*ti%a* de "a%0o

Se de/e notar "!e en !n prinipio. la !r#a es prátiamente !na reta. esto es de/ido a "!e al iniio la 2!er1a ma$netomotri1 se e7ere en el entre9ierro. 6 el inremento de la orriente de ampo es asi lineal5 4 Pr!e/a de Cortoir!ito: 'inalmente se tiene la pr!e/a de ortoir!ito. el !al onsiste en lle#ar n!e#amente la orriente de ampo a ero. para l!e$o ortoir!itar los /ornes del $enerador 6 prose$!ir  a ir inrementando la orriente de ampo. o/teni0ndose la si$!iente $rá2ia5

Fig. : Cr'a de Cara%ter0*ti%a* de Corto%ir%ito Se o/ser#a "!e al ontrario de la !r#a en #a-o. en esta pr!e/a se o/tiene !na reta. esto es de/ido a "!e los ampos ma$n0tios "!e se $eneran al onetar la armad!ra en ortoir!ito. prátiamente se an!lan. prod!iendo !n ampo neto pe"!e;o omo se m!estra en el dia$rama 2asorial si$!iente@ pro#oando "!e la má"!ina no se sat!re. o/teniendo as- la reta de la $rá2ia:

Fig. : Diagrama Fa*orial de Cam3o* Posteriormente. on los datos de las dos $rá2ias o/tenidas. para !n #alor de orriente de ampo dada. se tiene "!e:

Entones. 9aiendo !so del #alor de la resistenia:

$eneralmente

@ 6a "!e

se p!ede as!mir "!e

Por
Prea de Ai*lamiento: Mide el aislamiento entre las /o/inas 6. entre las /o/inas 6

•

la arasa5 Prea de Calentamiento: Mide la temperat!ra de tra/a7o del $enerador a plena

•

ar$a5

•

Prea* a4o Carga Re*i*ti'a5 Ind%ti'a5 Ca3a%iti'a 6 Mi,ta /. CARACTERISTICAS DE #OS GENERADORES SINCRONOS 7A8O CARGA La di2erenia de 2!nionamiento en #a-o al de ar$a es "!e e8iste !na omposiión de 2l!7os. de/ido a las orrientes "!e ir!lan en el ind!ido. 0stas alteran el #alor 6 2orma de la tensión ind!ida5 +n inremento de ar$a es !n inremento en la potenia real o la reati#a s!ministrada por el $enerador5 )al inremento de ar$a a!menta la orriente tomada del $enerador5 Si no am/iamos la resistenia de ampo. la orriente de ampo se mantiene onstante. 6 por tanto. el 2l!7o 9 tam/i0n es onstante5  Además. si el motor primario mant!#iera s! #eloidad 9 onstante. la ma$nit!d del #olta7e interno $enerado

tam/i0n ser-a onstante5

Fig. : E*&ema del GS a4o %arga

S!pon$amos !n $enerador s-nrono red!ido a s! m-nima e8presión: mono2ásio. /ipolar. !na espira. 6 en los si$!ientes estados de ar$a: a4 Car$a ind!ti#a p!ra En este aso los 2l!7os apareen en sentido ontrario5 Prod!iendo !n e2eto desma$neti1ante. es deir "!e los 2l!7os se restan@ 6 además prod!iendo "!e los polos ind!idos de i$!al nom/re est0n en2rentados5

Fig. ;: E*&ema del GS 6 re*ta de (l4o* s!pon$amos "!e oloamos !na ar$a on !na 25d5p5 en atraso 6 le adiionamos otra on el mismo 25d5p5@ podemos o/ser#ar "!e el #alor de án$!lo de des2ase on respeto a de

a!menta pero mantiene el mismo

entones tenemos !n inremento en el #alor 

"!e omo 6a di7imos antes. de/e onser#ar el mismo án$!lo de des2ase on

respeto a en el #alor de

6 6a "!e el #alor de

es onstante. entones se prod!e !na dismin!ión

tal omo se m!estra en el si$!iente dia$rama 2asorial5

Fig. 1<: Diagrama Fa*orial del GS %on Carga Ind%ti'a /4 Car$a resisti#a

El 2l!7o prod!ido por los polos del rotor ind!ido

6 el prod!ido por las orrientes del

están des2asados5 Generando as- !na distorsión del ampo res!ltante5

Fig 11: E*&ema del GS 6 de*(a*a4e de (l4o* Si t!#i0ramos !n $enerador s-nrono on !na ar$a resisti#a. le apliamos otra on el mismo 25d5p5 325d5p54. 6 teniendo en !enta las mismas restriiones "!e en el aso

anterior. podemos o/ser#ar en el dia$rama 2asorial "!e el #alor de

deree

li$eramente5

Fig. 12: Diagrama (a*orial del GS %on Carga Re*i*ti'a 4 Car$a apaiti#a p!ra En este aso los 2l!7os tienen i$!al sentido5 Dando omo onse!enia !n e2eto ma$neti1ante. es deir "!e los 2l!7os se #an a s!mar@ 6 los polos ind!idos ontrarios en2rentados5

Fig 1$: E*&ema del GS 6 *ma de (l4o* Del mismo modo "!e en los asos anteriores. si oloamos !na ar$a on 25d5p5 en adelanto. 6 le a$re$amos otra on el mismo 25d5p5 notamos "!e el #alor de

se

inrementa realmente. es deir se prod!e !n a!mento de la tensión en s!s terminales. tal omo #emos en el dia$rama 2asorial5

Fig.1+: Diagrama Fa*orial del GS %on Carga Ca3a%iti'a d4 Car$a R=L En este aso los 2l!7os están des2asados !n án$!lo "!e depende de la ar$a del $enerador@ en onse!enia se prod!e !n e2eto desma$neti1ante. la s!ma #etorial de los 2l!7os es menor@ 6 los polos de i$!al nom/re en2rentados. se re9a1an apareiendo !n momento resistente5

Fig 1/: E*&ema del GS 6 *ma 'e%torial de (l4o* . REGU#ACION DE TENSION DE UN GENERADOR SINCRONO

+na manera on#eniente de omparar el omportamiento de los #olta7es de los $eneradores s-nronos es mediante s! re$!laión de #olta7e. "!e #iene de2inida por la e!aión:

Donde

es el #olta7e del $enerado en #a-o 6

es el #olta7e a plena ar$a del

$enerador5 +n $enerador s-nrono "!e opera on 2ator de potenia en atraso tiene !na re$!laión de tensión positi#a m!6 $rande@ si opera on 25d5p5 !nitario. tiene !na re$!laión positi#a m!6 pe"!e;a. 6 si opera a 25d5p5 en adelanto tiene. re$!laión de #olta7e ne$ati#o5 . OPERACI=N EN PARA#E#O: En la at!alidad es raro enontrar la e8istenia de !n alternador
a4 Res!men de Re$las para poner en paralelo a los GS: )ener #arios $eneradores inrementa la on2ia/ilidad del sistema de potenia. de/ido a "!e la 2alla de !al"!iera de ellos no a!sa la perdida tola de potenia en la ar$a )ener #arios $eneradores "!e operan en paralelo permite la remoión de !no o más de ellos para ortes de potenia 6 mantenimientos pre#enti#os Se !tili1a !n solo $enerador 6 este opera era de plena ar$a. entones será relati#amente ine2iiente5 Con #arias ma"!inas más pe"!e;as tra/a7ando en paralelo. es posi/le operara solo !na 2raión de ellas5 Las "!e están operando lo 9aen asi a plena ar$a 6 por lo tanto de manera más e2iiente5 La 2i$!ra > m!estra !n $enerador s-nrono G "!e s!ministrar potenia a !na ar$a on otro $enerador GF a p!nto de onetarse en paralelo on G por medio del ierre del interr!ptor S5 Si el interr!ptor se ierra de manera ar/itraria en !al"!ier momento. es posi/le "!e los $eneradores se da;en se#eramente 6 "!e la ar$a pierda potenia5 Si los #olta7es no son e8atamente i$!ales en ada !no de los $eneradores "!e se onetan 7!ntos. 9a/rá !n 2l!7o de orriente m!6 $rande !ando se ierre el interr!ptor5 Para e#itar este pro/lema. ada !na de las tres 2ases de/e tener e8atamente la misma ma$nit!d de #olta7e 6 án$!lo de 2ase "!e el ond!tor al "!e se onetara5 En otras pala/ras. el #olta7e de 2ase a de/e ser e8atamente i$!al al #olta7e en la 2ase a 6 as- en 2orma s!esi#a para las 2ases /=/ 6 =5 Para lo$rar esto se de/en !mplir las si$!ientes ondiiones de p!esta en paralelo:

•

Deen de *er igale* lo* 'olta4e* de l0nea rm*.

•

#o* do* generadore* deen tener la mi*ma *e%en%ia de (a*e.

•

#o* )nglo* de (a*e de lo* do* (a*e* deen de *er igale*.

•

#a (re%en%ia del generador ne'o5 llamado generador en a3ro,ima%i-n5 dee *er  n 3o%o ma6or &e la (re%en%ia del  sistema en o3era%i-n.

Fig. 1: Generador &e *e %one%ta en 3aralelo %on n *i*tema de 3oten%ia en o3era%i-n Estas ondiiones de p!esta en paralelo re"!ieren iertas e8pliaiones5 La ondiión  es o/#ia: para de dos $r!pos de #olta7es sean id0ntios. de/en tener la misma ma$nit!d de #olta7e rms5 Los #olta7es en las 2ases a 6 a serán ompletamente id0ntios en todo momento si am/as ma$nit!des 6 s!s án$!los son i$!ales. lo "!e e8plia la ondiión5

Fig. 1: E*&ema de *e%en%ia de (a*e*. La ondiión F ase$!ra "!e la se!enia en la "!e el #olta7e de 2ase lle$!e a s! pio en los dos $eneradores sea la misma5 Si la se!enia de 2ase es di2erente en la 2i$!ra Fa entones a!n !ando !n par de #olta7es 3los de 2ase a4 est0n en 2ase. los otros dos pares de #olta7es estarán des2asados por F?H5 Si se onetan los $eneradores de esta manera. no 9a/rá pro/lema on la 2ase a. pero 2l!irá enormes orrientes en las 2ases / 6 . lo "!e da;ara am/as ma"!inas5 /4 Proedimiento $eneral para onetar $enerador en paralelo:

•

Primero: !tili1ando #olt-metros se de/e a7!star la orriente de ampo del $enerador en apro8imaión 9asta "!e s! #olta7e en los terminales sea i$!al al #olta7e en l-nea del sistema en operaión5

•

Segndo5 la se!enia de 2ase del $enerador en apro8imaión se de/e omparar  on la se!enia de 2ase del sistema en operaión5 E8isten m!9as 2orma de ompro/ar esto !na de ellas es onetar alternati#amente !n pe"!e;o motor de ind!ión a los terminales de ada !no de los dos $eneradores5 Si el motor $ira en la misma direión en am/as oasiones. entones. entones la se!enia de 2ase es la misma en am/os $eneradores5 Si el motor $ira en direiones op!estas. entones las se!enias de 2ase son di2erentes 6 se de/en in#ertir dos de los ond!tores del $enerador en apro8imaión5 Otra manera simple es el m0todo de las tres lámparas inandesentes. la operaión omien1a arranando la ma"!ina por medio del motor primario 3t!r/ina. diesel. et54 teniendo en !enta "!e de/en prender 6 apa$ar al mismo tiempo las tres lámparas esto

india "!e e8iste la misma se!enia de 2ase. si prenden 6 apa$an m!6 rápido esto es de/ido a "!e tiene di2erentes 2re!enias esto se arre$la s!/iendo la #eloidad del primario motor. esto se 9ae a!mentando el 2l!7o on el reóstato de ampo. si prenden 6 apa$an en desorden esto india "!e no tienen la misma 2re!enia de 2ases esto se 9ae interam/iando la se!enia de 2ases del alternador 9aia la red5

Fig. 1: E*&ema de *e%en%ia de (a*e* CUR"AS DE CAPACIDAD DE UN GENERADOR SINCRONO Las !r#as de apaidad son !nas !r#as de potenia "!e nos m!estran los l-mites de alentamiento del rotor 6 del estator. as!miendo "!e la tensión en /ornes se mantiene onstante 6 "!e

Para e8pliar ómo se "!e se o/tienen estas !r#as. tenemos

el si$!iente dia$rama 2asorial de !n $enerador on 'P en atraso 6 a tensión nominal5

Fig. 1;: Diagrama Fa*orial 

En primer l!$ar notese "!e se 9a oloado !nos e7es en el e8tremo de m!ltipliamos estos #alores por el 2ator

A ontin!aión

on la 2inalidad de am/iar la esala de

los e7es a !nidades de potenia. 6 de esta manera o/tenemos !n n!e#o dia$rama 2asorial5

Fig. 2<: Ne'o Diagrama Fa*orial  En este n!e#o dia$rama 9a6 "!e notar "!e el ori$en del dia$rama 2asorial se en!entra

en el p!nto

además "!e la lon$it!d orrespondiente a

so/re el dia$rama

#ine dado por

6 tam/i0n "!e la pro6eión de

es el #alor de S. Por 

  6 radio

Fig 21: Cr'a* de Ca3a%idad del GS

,&PO)ES&S

CON)RAS)AC&ONDE ,&PO)ES&S

EI+&PO = = = = = = = =

Generador sinrónio '!ente DC  Amper-metro Reóstato Motor de ind!ión tri2ásia )aómetro olt-metro Osilosopio

Reóstato

)aómetro

D&SEJO EKPER&MEN)AL

REALAC&ON DE EKPER&MEN)O * OB)ENC&ON DE DA)OS =

MED&C&ON DE RES&S)ENC&A DEL ES)A)OR Como este m0todo no es e8ato. p!esto "!e la resistenia de CA es li$eramente ma6or "!e la resistenia de CC 3omo res!ltado del e2eto s!per2iial de 2re!enias altas4. para orre$ir se de/e m!ltipliar el #alor  dado por el o9m-metro por el 2ator 5 )a/la  R A sin orreión 34

=

ENSA*O EN +N C&RC+&)O AB&ER)O

R A orre$ida 34

5 &nstalar el ir!ito de la 2i$5 . desonetar todas las ar$as de los terminales del $enerador. 6 poner la orriente de ampo & 2  5 Poner a 2!nionar el $enerador en s! #eloidad nominal 5 A!mentar la orriente de ampo & 2 Pa!latinamente 6 en ada paso medir el #olta7e en los terminales del $enerador E A 5 Controlando on el taómetro "!e la #eloidad del $enerador se manten$a onstante5 )a/laF

=

ENSA*O EN COR)OC&RC+&)O )a/la 

 ANAL&S&S * D&SC+S&ON DE RES+L)ADOS = GRA'&CA DE C&RC+&)O AB&ER)O * COR)OC&RC+&)O F= DE)ERM&NAC&ON DEDEL ALOR DE &MPEDANC&A S&NCRON&CA = D&B+O DEL C&RC+&)O EI+&ALEN)E POR 'ASE DEL GENERADOR DE ENSA*O &ND&CANDO LOS ALORES DE )ODOS S+S PARAME)ROS EN COND&C+&ONES NOM&NALES Q= CALC+LO DE LA )ENS&ON EN LOS )ERM&NALES C+ANDO ES)A CARGADO  A LA CORR&EN)E NOM&NAL CON EL 'AC)OR DE PO)ENC&A +N&DAD. COMO CON EL 'AC)OR DE PO)ENC&A ?5 EN A)RASO

CONCL+S&ONES +n $enerador s-nrono es !n dispositi#o "!e on#ierte potenia meánia de

•

!n motor  primario en potenia el0tria de a on !n #olta7e 6 2re!enias espe-2ios El termino s-nrono se re2iere al 9e9o de la 2re!enia el0tria de la ma"!ina

•

esta on2inada. o sinroni1ada on. la tasa meánia de rotaión del e7e5 Los $eneradores s-nronos se !tili1an para prod!ir la ma6or parte de la potenia

•

el0tria "!e se !tili1a en todo el m!ndo5 La #eloidad del e7e depende de la 2re!enia de alimentaión 6 el n
•

polos5

•

Controlando la alimentaión del rotor. la má"!ina p!ede operar a/sor/iendo o in6etando reati#os a la red 3reator o ondensador s-nrono. respeti#amente45 Esto se podr-a !sar para me7orar el 2ator de potenia del sistema el0trio5

•

La 9a/ilidad de !n $enerador s-nrono para prod!ir potenia el0tria está limitada prinipalmente por el alentamiento dentro de la má"!ina5

)RANS'ERENC&A Radiador 3Cam/iador de alor aire  a$!a45 El alor $enerado por las p0rdidas del $enerador es remo#ido. en la s! ma6or parte. a tra#0s de los am/iadores de alor aire=a$!a5 El $enerador tiene > am/iadores de alor  aire=a$!a instalados en el diámetro e8terno de la arasa. por donde pasa el aire de

#entilaión en ir!ito errado5 El ir!ito de en2riamiento es 2ormado por la t!/er-a prinipal de entrada 6 salida de a$!a. 6 por la t!/er-a de distri/!ión de a$!a en los am/iadores de alor 6 oleta o retorno del a$!a por la t!/er-a prinipal de salida de a$!a5 El ir!ito de a$!a de en2riamiento es a/ierto. desp!0s del pasa7e por los am/iadores de alor el a$!a de en2riamiento es eliminada en el ni#el A$!as A/a7o5 Los am/iadores de alor son montados en el diámetro e8terno de la arasa del estator5 Cada am/iador de alor está pro#isto de !na #ál#!la para eliminaión de aire "!e p!eda "!edar dentro del am/iador5 El am/iador de alor es omp!esto. en l-neas $enerales. de dos ámaras de a$!a aopladas al !erpo 2ormado por !n on7!nto de t!/os on aletas de en2riamiento5

Prueba de Circuito Abierto y Cortocircuito de los Generadores Sincrónicos Enviado por Sergio Rafael Tirado Pérez

5

Introducción

F5

Características de la prueba de circuito abierto y cortocircuito

5

Relación de cortocircuito y circuito abierto

Q5

Conclusión

5

Bibliografía

Introd%%i-n Las má"!inas de orriente ontin!a 6 de ind!ión tienen !n amplio ran$o de apliaiones ind!striales tales omo traión. /om/eo. ontrol 6 otros5 Sin em/ar$o. la operaión del sistema el0trio de potenia re"!iere la on#ersión de $randes antidades de ener$-a primaria 3petróleo. $as nat!ral. a$!a. ar/ón. !ranio4. en ener$-a 6 potenia el0tria5 La ener$-a el0tria p!ede ser transportada 6 on#ertida en otras 2ormas de ener$-a en 2orma limpia 6 eonómia5 La má"!ina sinrónia es 9o6 por 9o6. la más ampliamente !tili1ada para on#ertir $randes antidades de ener$-a el0tria 6 meánia5 Es por lo !al se reali1a los est!dios respeti#os a las pr!e/as de ir!ito a/ierto 6 ortoir!ito a los $eneradores sinrónios. están pr!e/as tam/i0n son onoidas omo ensa6o. 6 sir#en para determinar la tensión interna $enerada por !na orriente de ampo dada5 La pr!e/a en ortoir!ito /rinda in2ormaión aera de las potenialidades de orriente de !n $enerador s-nrono5 Se lle#a a a/o imp!lsando el $enerador a s! #eloidad nominal. on las terminales del de#anado de la armad!ra en ortoir!ito5

Por otra parte tam/i0n se 9ae re2erenia $ra2ia a los dia$ramas 6 ir!itos e"!i#alentes de estas dos importantes pr!e/as "!e se le reali1an a los $eneradores sinrónios. omo lo son la pr!e/a de ortoir!ito 6 de ir!ito a/ierto5 PRCE!I"IE#T P$R$ RE$%I&$R %$ PR'EB$ !E CIRC'IT $BIERT ( CRTCIRC'IT !E %S )E#ER$!RES SI#CR*#ICS •

Prueba de Circuito $bierto La pr!e/a a ir!ito a/ierto. o pr!e/a sin ar$a onsiste. en oloar el Generador en #a-o. es deir sin ar$a al$!na en s!s /ornes. 9ai0ndola $irar a s! #eloidad nominal 6 on orriente de ampo i$!al a ero5 Al ir a!mentando $rad!almente el #alor de la orriente de ampo. se o/tienen di#ersos #alores de orriente "!e ir!la por la armad!ra siempre será ero o/tendrá "!e Carater-stias de a-o ampo dada5

6 6a "!e la

de/ido "!e se en!entra en #a-o. se

Graias a 0sta pr!e/a. on los #alores o/tenidos. se p!ede 2ormar La !r#a de "!e permite enontrar la tensión interna $enerada por !na orriente de

La pr!e/a de ir!ito a/ierto se lle#a a a/o on los terminales de la má"!ina desonetada de !al"!ier ir!ito e8terno5 El proedimiento de la pr!e/a /ásia es: •

 A/ra el ir!ito de los terminales del $enerador 

•

Lle#ar la má"!ina a la #eloidad s -nrona mediante !n sistema meánio e8terno

•

Poo a poo a!mentar la intensidad de ampo 6 medir la tensión a/ierta en los /ornes Como no 9a6 orriente en la armad!ra. la tensión en los /ornes de medida es la tensión ind!ida:

Si la má"!ina está onetada en estrella. la tensión de medida será !n #olta7e l-nea a l-nea 6 la tensión ind!ida por 2ase se p!ede enontrar en:

)0niamente esta pr!e/a se e2et
Dia$rama del ir!ito para reali1ar !na pr!e/a de ir!ito a/ierto5 La orriente del ampo p!ede a!mentarse 9asta "!e el #olta7e a ir!ito a/ierto sea el do/le del #alor espei2iado5 De los datos re$istrados para el #olta7e a ir!ito a/ierto es posi/le al!lar el #olta7e por 2ase 3ir!ito a/ierto45 C!ando se $ra2ia el #olta7e por 2ase 3ir!ito a/ierto4 omo 2!nión de la orriente de ampo. se o/tiene !na $rá2ia llamada arater-stia 3!r#a4 de sat!raión a ir!ito a/ierto 3CCA45 La CCA si$!e !na relaión en l-nea reta en tanto el ir!ito ma$n0tio del $enerador s-nrono no se s at!re5 De/ido a "!e en la re$ión lineal el entre9ierro ons!me la ma6or parte de la 'MM. la reta rei/e el nom/re de l-nea del entre9ierro5 A medida "!e la sat!raión se esta/lee. la CCA omien1a a des#iarse de la l-nea de entre9ierro5 Corriente De Campo

•

Prueba de Cortocircuito Como s! nom/re india. la pr!e/a de orto ir!ito se lle#a a a/o on los terminales de la má"!ina de !n ortoir!ito. onsiste en lle#ar n!e#amente la orriente de ampo a ero. para l!e$o ortoir!itar los /ornes del $enerador 6 prose$!ir a ir inrementando la orriente de ampo5 El proedimiento de ensa6o /ásio es omo si$!e:

•

Esta/le1a el ampo at!al a ero

•

+n ortoir!ito en los terminales de la armad!ra

•

 Aionar el $enerador a la #eloidad s-nrona on el sistema meánio e8terno

•

Poo a poo a!mentar el de#anado de ampo en !rso 9asta "!e la orriente de orto ir!ito de la armad!ra alan1a el #alor nominal de dise;o La pr!e/a en ortoir!ito /rinda in2ormaión aera de las potenialidades de orriente de !n $enerador s-nrono5 Se lle#a a a/o imp!lsando el $enerador a s! #eloidad nominal. on las terminales del de#anado de la armad!ra en ortoir!ito5

Dia$rama del ir!ito para e7e!tar !na pr!e/a de ortoir!ito5 )0niamente esta pr!e/a se e2et
Cara%ter0*ti%a* de la 3rea de %ir%ito aierto 6 %orto%ir%ito •

Características de la Prueba de Circuito $bierto El primer dato se toma !ando la orriente de

ampo tensión resid!al5 Posteriormente la orriente de ampo

"!e orresponde al #alor de la se #a inrementando $rad!almente 6

pro$resi#amente on el reóstato R5 tomando let!ras de la orriente de ampo

6 del #ota7e de

almad!ra 9asta lle$ar al F?T del #olta7e nominal5 Con esta in2ormaión se onstr!6e la arater-stia de sat!raión en #a-o5 Se o/ser#a en la !r#a arater-stia de #a-o. la linealidad "!e se presenta para orrientes de ampo /a7as. pero a medida "!e la orriente de ampo

empie1a a a!mentar se aera a la 1ona de sat!raión5

Entre al$!nas #enta7as "!e presenta este ensa6o s e en!entran: la 2ailidad en s! implementaión. además de ser !na pr!e/a "!e no oasiona da;os a la má"!ina5 •

Características de la Prueba de Prueba de Cortocircuito

 Al enontrarse el $enerado sinronio $irando a #eloidad nominal on los terminales ortoir!itados. a medida "!e #aria la resistenia de ampo R . se toma en 2orma sim!ltanea. las let!ras de las orrientes de armad!ra 6 de la orriente de ampo Normalmente se toman datos para el FT. ?T UT. ??T 6 el FT de la orriente nominal de armad!ra La pr!e/a de ir!ito ortoir!ito p!ede reali1are 2ailmente. 6a "!e para s! implementaion no se neesitan e"!ipos ostosos ni de di2iil onse!sion5 CIRC'IT E+'I,$%E#TE ( !I$)R$"$ -$SRI$% !E %$ PR'EB$ !E CIRC'IT $BIERT ( CRTCIRC'IT •

Pr!e/a de Cir!ito A/ierto

Cir!to E"!i#alente de la Pr!e/a de Cir!ito A/ierto

Dia$rama 'asorial de la Pr!e/a de Cir!ito A/ierto •

Pr!e/a de Cortoir!ito

Cir!to E"!i#alente de la Pr!e/a de Cortoir!ito

Dia$rama 'asorial de la Pr!e/a de Cortoir!ito

Rela%i-n de %orto%ir%ito 6 %ir%ito aierto

Con la pr!e/a de #a-o 6 ortoir!ito se p!eden determinar las reatanias sat!radas de e7e

direto

6 la reaión no sat!rada de e7e

direto

Para determinar las reatanias sat!radas de e7e direto se !tili1a la si$!iente e!aión:

Se$
se o/tiene tomando el #olta7e nominal de

de la !r#a arater-stia de ir!ito a/ierto para !na orriente de ampo

orriente de armad!ra

6 la

de la !r#a de arater-stia de ortoir!ito. para esta misma orriente

Para determinar la reatania sat!rada de e7e direto se parte de la arater-stia de sat!raión de #a-o 6 de la arater-stia en ortoir!ito tal omo se m!estra en la si$!iente e!aión:

Se$
direto ampo

se o/tiene tomando el #alor de orriente de "!e orresponde a la orriente nominal de armad!ra

orriente de ampo

"!e orresponde al #olta7e nominal de armad!ra

en la !r#a de ortoir!ito 6 la de la !r#a de #a-o5

E.E"P% !E %$ PR'EB$ !E CIRC'IT $BIERT ( CRTCIRC'IT/ 3Cir!ito E"!i#alente 6 Dia$rama 'asorial4 +n $enerador sinrónio tri2ásio de >VA. FF?W?. ?,1. ???rpm. !6a resistenia de ind!ido #ale ?.X Y 6 s! &NF.A5 Se ensa6a en #a -o 6 ortoir!ito. o/teniendo los si$!ientes res!ltados:

0

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

5.8

48

88

126

163

196

224

245

260

280

8

15.1

23.5

31.5

40.0

47.5

55.0

63.0

a4 )ra1ar a esala las !r#as de #a-o 6 de ortoir!ito5 /4 Cal!lar la impedania sinrónia s 6 tra1ar la !r#a orrespondiente5 4 Cal!lar la relaión de ortoir!ito sat!rada 6 no sat!rada5 d4 Cal!lar las impedanias 6 reatanias sinrónias sat!rada 6 no sat!rada nominales5 e4 Cal!lar la re$!laión para os2  ?.5

Nota: #a e*%ala de ?* e* n d@%imo de la de I%%. E%a%i-n de ?*:

Rela%i-n de Corto%ir%ito:

&mpedania 6 reatania sinrónia

Nota: *a "!e la resistenia pro#oa sólo !n  ó FT de las a-das de tensión. 2rente al F a T de a-da de tensión "!e pro#oa la reatania ind!ti#a. es "!e se despreia5 De esta 2orma la impedania sinrónia "!eda:

Re$!laión para os2  ?.5

#o* *igiente* *on 'alore* otenido* en *entido a*%endente

#a %omina%i-n de ama* %r'a* no* determina el 3nto de traa4o. !e *e 'i*alia en la inter*e%%i-n de ama* %r'a*5 %omo 'emo* en la gr)(i%a.

Con%l*i-n Los $eneradores son aionados por t!r/inas. r!edas 9idrá!lias 6 motores diesel ! otros tipos de motores prinipales5 C!ando se prod!e !n ortoir!ito en el sistema aionado por !n $enerador. el $enerador si$!e para prod!ir tensión en los terminales del $enerador omo la e8itaión del ampo se mantiene 6 el primer motor  aiona el $enerador a #eloidad normal5 El #olta7e $enerado prod!e !n 2l!7o de ma$nit!d $ran 2alla orriente desde el $enerador a la orriente de ortoir!ito5 El 2l!7o de orriente de de2eto está limitado solamente por la impedania del $enerador 6 la impedania del ir!ito entre el $enerador 6 el ir!ito orto5 En el aso de !n ortoir!ito en los terminales del $enerador. la orriente de de2eto está limitada por la impedania del $enerador solamente5 La !r#a de sat!raión de ir!ito a/ierto se o/tiene !ando se ond!e el GS a la #eloidad nominal. en ir!ito a/ierto. 6 la ad"!isiión de la tensión del terminal GS. la 2re!enia 6 la orriente de ampo5 El n<leo a$re$ado. la 2riión 6 las p0rdidas de 2riión on el aire se p!eden medir omo la potenia de entrada para ada let!ra de la tensión de ir!ito a/ierto ni#el5 A medida "!e la #eloidad se mantiene onstante. las p0rdidas de 2riión on el aire 6 la 2riión son onstantes5 Sólo las p0rdidas en el n<leo a!mentan apro8imadamente on el #olta7e al !adrado5 La !r#a de sat!raión de ortoir!ito se o/tiene !ando el Generador Sinrónio es aionado a #eloidad nominal on ind!ido en ortoir!ito. mientras "!e la ad"!isiión del estator 6 el ampo #alores orrientes de/en leerse en nominal FT. ?T. UT 6 ??T5 Los datos en !n FT la orriente nominal de/e ser dada por el 2a/riante. para e#itar el so/realentamiento del estator5 Los p!ntos de alta orriente se de/en tomar primero para "!e la temperat!rad!rante la pr!e/a se manten$a asi onstante5 La  !r#a de sat!raión de ortoir!ito es !na l-nea más reta. por"!e la má"!ina está insat!rado en el estado de e"!ili/rio de ortoir!ito5