FUNCIONAMIENTO FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE LA MAQUINA SINCRONICA 1. OBJETIVOS:
Conocer las ventajas de la operación operac ión en paralelo de generadores síncronos.
Conocer el requerimiento para la operación en paralelo de las maquinas síncronas.
Conocer el procedimiento para conectar generadores en paralelo.
Realizar el ensayo de puesta en paralelo maquinas síncronas.
2. MARCO TEORICO: 2.1. Generalidades: Generalidades:
El comportamiento de una maquina síncrona (bajo carga) varia fuertemente dependiendo del factor de potencia de la carga y de si el generador funciona solo o en paralelo con otros alternadores. Un Sistema Eléctrico de Potencia, es el conjunto de centrales generadoras, de líneas de transmisión interconectadas entre si y de sistemas de distribución para el consumo de energía eléctrica. En un alternador y en general en un sistema eléctrico, la potencia demandada varía continuamente y es necesario disponer de los mecanismos de regulación necesarios para adaptar en todo momento la generación de consumo. Actualmente, es muy rara la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga; esta situación solo se presenta en algunas aplicaciones tales como los grupos electrógenos. Es norma general que los alternadores se sitúen en centrales eléctricas al lado de donde se encuentran las fuentes de energía primaria. Con el objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están conectadas entre si en paralelo 2.2. Ventajas de la operación en paralelo de generadores síncronos:
La operación en paralelo de gener adores síncronos, tiene las siguientes ventajas.
Para una central eléctrica, si se tienen varios generadores, las mismas pueden alimentar una carga más grande que una sola maquina.
En una central eléctrica, tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falta de cualquiera de ellos no causa la pérdida total de potencia de la carga.
Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos o correctivos.
Si solamente se utilizara un solo generador y este no funcionara cerca de su potencia nominal, resultaría relativamente poco eficiente. Sin embargo, con varias maquinas
pequeñas se posibilita la operación de solo algunas de ellas, de manera que funcionen cerca de su plena carga y actúen, por lo tanto, más eficientemente. 2.3. Requerimientos para la operación en paralelo de generadores síncronos o alternadores:
Para una mejor comprensión, en principio disponemos de dos generadores y una carga como se observa en la siguiente figura:
En función al grafico, si el interruptor se cierra de manera arbitraria en cualquier momento, es posible que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia, Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectaran juntos; existirá un flujo de corriente muy grande cuando se cierra cuando se cierra el interruptor. Para evitar el problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma longitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara. En otras palabras, el voltaje de la fase R, debe ser exactamente igual al voltaje de la fase R’ y así en forma sucesiva para las fases S-S’ y T-T’. Para
lograr lo anterior, se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo de generadores síncronos:
Deben ser iguales los voltajes de línea de los generadores que entraran e n paralelo.
Los generadores deben tener la misma secuenc ia de fase.
Igualdad de las formas de onda de los voltajes generados (sinusoidal).
Idéntica velocidad eléctrica; la frecuencia de operación de los alternadores debe ser la misma.
2.4. Procedimiento para conectar generadores en paralelo: 2.4.1. Secuencia de fase:
Si se tiene un generador G1 operando en el sistema y teniendo un generador G2 que se va a conectar al sistema de operación, para conectarse en paralelo, primero utilizando voltímetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximación hasta que su voltaje en los terminales sea igual al voltaje en la línea e l sistema en operación. Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. La secuencia de fase se puede revisar de muchas maneras diferentes. Una de ellas es conectar alternativamente un pequeño motor de inducción en ambas ocasiones, entonces la secuencia de fase es la misma en ambos generadores. Si el motor gira en
direcciones opuestas, entonces las secuencias de fases son diferentes y se deben invertir dos de los conductores del generador en aproximación.
2.4.2. Metodo de las tres lámparas:
En este método, se conectan tres lámparas a través de los terminales abiertos del interruptor que conecta el generador del sistema, como se muestra en la siguiente figura:
Con forme la fase cambia entre los dos sistemas, las lámparas lucirán primero brillantes (Una gran diferencia de fase) y luego tendrán una luz tenue (una diferencia de fase pequeña). Si las tres lámparas lucen brillantes sucesivamente, entonces los sistemas tienen secuencia de fase opuesta y se debe invertir una de las secuencias. A continuación, la frecuencia del generador en aproximación se ajusta para que sea un poco mas alta que la frecuencia del sistema en operación. Esto se lleva a cabo primero observando un medidor de frecuencia hasta que las frecuencias sean similares y entonces se observan lo cambios de fase entre los sistemas. Se ajusta el generador en aproximación a una frecuencia un poco mas alta para que cuando se conecte se incorpore a la línea suministrando potencia como generador en lugar de consumirla como lo hace un motor. Una vez que las frecuencias son casi iguales, los voltajes en los dos sistemas cambian de fase lentamente con respecto al otro. Se observan los cambios de fase y cuando los ángulos de fase son iguales, se apaga el interruptor que conecta a los dos sistemas. Cuando se apagan las tres lámparas la diferencia de voltajes a través de ellas es cero y los sistemas están en fase (Este método funciona, pero no es muy exacto).
2.4.3. Utilizacion del sincronoscopio
Un sincronoscopio es un medidor que mide la diferencia en los ángulos de fase entre las fases R de sistemas que entran en paralelo. En el siguiente grafico, se muestra el sincronoscopio.
El cuadrante muestra la diferencia de fase entre las dos fases R; el 0 (que significa en fase) se ubica en la parte superior y el 180º en la parte inferior. Ya que las frecuencias de los dos sistemas son un poco diferentes, el ángulo de fase en el medidor cambiara lentamente. Si el generador o sistemas en aproximación es más rápido que el sistema en operación (situación deseada), Entonces el ángulo de fase avanza y la aguja del sincronoscopio gira en sentido de las manecillas del reloj. Si la maquina en aproximación es más lenta, la aguja gira en sentido contrario a las manecillas del reloj. Cuando la aguja del sincronoscopio está en una posición vertical, los voltajes están en fase y se puede cerrar el interruptor para conectar el sistema. Cabe hacer notar que en los generadores que pertenecen a sistemas de potencia todo el proceso de conectar un generador nuevo en paralelo esta automatizado y la computadora lleva a cabo esta tarea.
3. REQUERIMIENTO E INSTRUMENTAL PARA LABORATORIO:
Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material:
Una maquina motriz.
Una dinamo con autoexcitación compuesto acumulativa, que tiene las siguientes características:
o
Tensión nominal: Vn= 230[V]
o
Corriente nominal: In= 19.6[A]
o
Velocidad nominal:
o
Potencia nominal:
ωn= 1430[rpm]
Pn= 4.5[kW]
Dos motores de corriente continua, con las siguientes características: o
Tensión nominal: Vn= 220[V]
o
Corriente nominal: In= 31.5[A]
o
Velocidad nominal:
o
Potencia nominal:
ωn= 1500[rpm]
Pn= 5.7[kW]
Dos generadores síncronos, que tienen las siguientes caract erísticas: o
Tensión nominal: Vn= 220/380[V]
o
Corriente nominal: In= 9.6[A]
o
Velocidad nominal:
o
Potencia nominal:
ωn= 1500[rpm]
Sn= 6.3[kVA]
Instrumentos de medición: voltímetros amperímetros.
Lámparas incandescentes.
Un tacómetro.
Un secuenciómetro.
Un fasímetro.
Interruptores termomagnéticos.
Frecuencímetros.
Dos maletines de medición (con amperímetros, voltímetros, vatímetros).
Cables para conexión.
4. CIRCUITO PARA EL LABORATORIO:
5. DESCRIPCION DEL LABORATORIO:
Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4.
Hacer funcionar el alternador (maquina síncrona) mediante su máquina motriz, hasta alcanzar su velocidad nominal, utilizando un tacómetro (con el circuito de campo abierto).
Posteriormente excitar el campo del alternador, hasta obtener tensión en terminales igual a la tensión de barras, verificar con un voltímetro.
Corregir la velocidad de giro comprobando con el tacómetro, para verificar identidad de frecuencias (se utiliza un frecuencímetro).
Se debe verificar las fases utilizando un indicador de secuencias de fases.
Asimismo, se comprueba mediante un sincronoscopio, si la velocidad de rotación de la secuencia de fase del alternador que entrara en operación respecto de la barra gira de prisa o lentamente (o el método de las lámparas). Si la frecuencia de la maquina entrante es baja el puntero, aspa o índice girara en sentido contrario a las manecillas del reloj y viceversa en forma lenta.
Con el cuidado respectivo se cerrara el interruptor de conexión en paralelo, cuando el índice del sincronoscopio pasa por un indicador fijo de forma lenta. El alternador que ingreso queda entonces flotando en línea o barras.
Todo el proceso debe realizarse en forma atenta en cuanto a las lecturas y con el cuidado respectivo.
6. LECTURAS OBTENIDAS EN LABORATORIO:
Frecuencia= 50[Hz] Tensión= 380 [V] Velocidad= 1500[rpm] Secuencia de fases igualada.
7. GRAFICOS
8. ANALISIS DE RESULTADOS:
Para este laboratorio realizamos la puesta en paralelo de dos maquinas síncronas, para la cual verificamos que ambas maquinas tengan la misma frecuencia, secuencia de fases y tensión de fase. Ya verificado esto mediante en sincronoscopio pudimos ver en que momento es correcto colocar el segundo generador en paralelo aunque no lo hicimos por la falla de uno de los generadores los conceptos adquiridos serán muy útiles. 9. DOCUMENTOS DE REFERENCIA:
Guías de laboratorio ELT-2641 Maquinas eléctricas I (Ing. Víctor H. Flores Arancibia).
