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3enerador de Induccin Dar2o 4ernando Lema 5ela Laboratorio de Máquinas Eléctricas, Eléctricas, epartamento epartamento de Ener!"a Ener!"a Eléctrica, Eléctrica, Escuela #olitécnica #olitécnica $acional $acional %uito. Ecuador
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Resu Resume men— n—En En el sigu siguie ient ntee docu docum mento ento se desarroll desarrolla a un análisis análisis de la máquina de inducción inducción usada como generador, así como la forma de ponerlo en funcionamiento para que se conecte a la barra infinita, además se analiza el comportamiento de la potencia reactiva al estar conectado a la red de la EEQ.
1.
DESARROLLO DE CONTENIDOS
A. Calcular el deslizamiento en cada punto de medición. Para Para este este cálc cálcul ulo o nece necesi sita tamo moss sabe saberr la velo veloci cida dad d sincrnica de la má!uina" # #a !ue la $recuencia de la $uente es de %& '(" entonces la velocidad sincrnica es de 1)&& r*m. El desli( desli(ami amient ento o se determ determina ina a *artir *artir de la $rmul $rmulaa si+uiente,
S=
N s − N m N s
1.
N m 1=178 178 1 rp m S 1=
1800−1781
1800 S 1=0.016
S 1=1.06 -.
N m 2=1787 rp m S 2=
1800−1787
S4= S4 S4
1800 −1824 1800 0.0133
=−
1.33
=−
B.
Calcular la potencia teórica en base a los cálculos realizados y el circuito equivalente.
Calculamos la *otencia activa # reactiva a *artir de la corriente # volta0e de $ase" además del $actor de *otencia entre ambos" la $rmula está dada *or,
fp = cosθ P 3 ∙V ∙ I ∙cos ∙cosθ Q =3 ∙ V ∙ I ∙ s e n θ =
Debem Debemos os tomar tomar en cuenta cuenta tambi tambin n !ue la corrie corriente nte medida en la *ráctica no es la corriente de $ase !ue nece neceit itam amos os"" sino sino la corr corrie ient ntee de l2ne l2nea" a" *or *or lo !ue !ue debemos calcularla de la si+uiente manera,
If =
Il
√ 3
Para todos los cálculos ocupamos una sola fase: 1.
fp 1=0.204 3.46
P1=3 ∙ 212.1 ∙
P1=0.259 kW
√ 3
1800 S 2=0.00 0.00 72
Q1
S 2=0.72
Q1=1,244 kVAr
.
3 ∙ 212.1 ∙
3.46
=
√ 3
∙ 0.204
∙senθ
2.
N m 3=1807 rp m S 3=
1800−1807 1800
S3 0.0038 0.0038 9 S 3=−0.389 =−
/.
N m 4
1824 rp m
=
fp 2= 0.151 P2
3 ∙ 211.2 ∙
3.39
=
P2=0.187 kW Q2=3 ∙ 211.2 ∙
√ 3
3.39
√ 3
Q2=1.225 kVAr 3.
∙ 0.151
∙senθ
-
fp 3
0.008
P3
3 ∙ 211.1∙
=
3.45
=
√ 3
Generación mediante convertidor de frecuencia bidireccional
∙ 0.008
P3=−0.001 kW Q3
3 ∙ 211.1 ∙
=
3.45
√ 3
∙ 0.008
Q 3=1.261 kVAr /.
fp 4 =0.117 P4
=
3 ∙ 213.5 ∙
P4
=−
3.56
√ 3
∙ 0.117
0.154 kW
Q 4 =3 ∙ 213.5 ∙
3.56
√ 3
∙ 0.117
Q 4 =1.307 kVAr
El signo positivo nos indica que la red de la EEQ entrega potencia a la máquina de inducción, en tanto que el signo negativo indica una aportación de potencia a la barra innita. C. Consultar los métodos de control de potencia reactiva en !eneradores de inducción. Generación mediante dos máquinas con distinta velocidad de sincronismo 6na o*cin *ara me0orar el rendimiento a ba0as velocidades de viento" es dise7ar el aero+enerador con dos má!uinas elctricas aco*ladas al e0e. 6na de las má!uinas será de ba0a *otencia nominal # ma#or n8mero de *olos" de manera !ue su velocidad de sincronismo sea menor. Esta má!uina estará conectada a la red elctrica *ara velocidades de viento ba0as. Cuando la velocidad de viento ascienda" aumentará el *ar mecánico *roducido *or a *ala. Si debido a ste aumento de *ar" se lo+ra su*erar la *otencia nominal del +enerador" el control desconecta a ste # conecta a la red elctrica el +enerador de ma#or *otencia # menos *olos" *or lo !ue su velocidad de sincronismo es ma#or. Generación mediante cambio de polos Se basa en el 9ec9o de !ue el n8mero de *olos del devanado del estátor de un +enerador de induccin se *uede cambiar $ácilmente en relacin -,1 mediante sencillas modi$icaciones en las cone:iones de las bobinas. El rotor deberá ser de 0aula de ardilla" #a !ue *or induccin siem*re se crean en l tantos *olos como los !ue ten+a el estátor # as2 se *odrá ada*tar *er$ectamente cuando cambie el n8mero de *olos del estátor. La desventa0a de ste mtodo es !ue las velocidades deben +uardas siem*re la relacin -,1.
4i+1. Es!uema de +enerador de velocidad variable mediante má!uina as2ncrona # cicloconvertidor.
El desli(amiento en este caso era relativamente *e!ue7o ;<=1&>? e i+ual al cociente entre las *rdidas *or e$ecto @oule en el devanado rotrico # la *otencia del cam*o en el entre9ierro. De a92" !ue si en una má!uina as2ncrona se bobina el rotor" # en ve( de cortocircuitarlo lo conectamos mediante unos anillos ro(antes a un circuito e:terior" *odemos aumentar la resistencia del rotor manteniendo el mismo *ar. El desli(amiento será ma#or" #a !ue se aumentan las *rdidas 9micas en el circuito rotrico" *ero el rendimiento será menor debido *recisamente a stas *rdidas. Pero si la *otencia elctrica !ue se absorbe" la recu*eramos entre+ándola a la red elctrica" el rendimiento se mantendrá constante" cual!uiera !ue sea el desli(amiento. ediante un dis*ositivo electrnico de *otencia denominado cicloconvertidor o convertidor de $recuencia" se *uede en todo momento # *ara casi todas las $recuencias trans$erir ener+2a de las corrientes del rotor de $recuencia $-Bs$1 a la red elctrica" cu#a $recuencia es $1 ;<& '(?. Generación mediante cascada ipersincrona 6tili(ando un +enerador as2ncrono de rotor bobinado # conectado a travs de sus anillos ro(antes una resistencia variable e:terna se *odr2a reali(ar la +eneracin ) velocidad variable" *ero se aumentar2an las *rdidas" disminu#endo el rendimiento. ediante un e!ui*o convertidor electrnico" se *uede reali(ar el e$ecto de la resistencia" *ero además recu*erando la ener+2a e:tra2da. Este e!ui*o estar2a com*uesto *or un recti$icador de diodos" una bobina de alisado # un inversor tri$ásico conmutado *or red o auto conmutado similar al anali(ado en el +enerador de velocidad variable con ma!uina s2ncrona. ediante este sistema no se *uede e$ectuar nin+una com*ensacin de *otencia reactiva" *or lo cual estos sistemas necesitan" al i+ual !ue los +eneradores as2ncronos a velocidad constante" una bater2a de condensadores !ue com*ense la *otencia reactiva demandada en vac2o.
. Consultar el &uncionamiento de una máquina de inducción como !enerador autónomo sin cone'ión a la red Para !ue una má!uina de Induccin *ueda $uncionar de $orma autnoma como +enerador 9a# !ue accionar el rotor con a#uda de un motor *rimario # además" conectar a sus bornes una bater2a de condensadores de su$iciente ca*acidad. El *roceso de autoe:citacin de una I es análo+o al !ue tiene lu+ar en los +eneradores de CC #" al i+ual !ue ellos" se debe al ma+netismo remanente. El rotor act8a al *rinci*io como un imán *ermanente ;induccin remanente? !ue" al +irar" induce un sistema tri$ásico de tensiones en el arrollamiento estatrico. La dbil 4E inducida" a*licada a la bater2a de condensadores" da lu+ar a la circulacin de una *e!ue7a corriente ma+neti(ante !ue re$uer(a el valor de la 4E ;$lu0o? entrándose en un *roceso con realimentacin *ositiva" en el !ue la corriente 9ace crecer la 4E # sta 9ace crecer a la corriente. Si slo se considera la inductancia de ma+neti(acin ;se des*recian todas las demás im*edancias del circuito e!uivalente?" este *roceso termina en el *unto en !ue se cortan las curvas de vac2o # la recta re*resentativa de la tensin en bornes del condensador" donde ambas tensiones se i+ualan. Como *uede observarse el *roceso de autoe:citacin del 3enerador de Induccin es básicamente el mismo !ue tiene lu+ar en los +eneradores de CC" aun!ue a di$erencia de estos 8ltimos" no de*ende del sentido de +iro. -.
CONCL6SIONES
Se com*rob !ue una má!uina de induccin *uede ser usada como +enerador ba0o determinadas condiciones" una de las cuales es !ue debe estar conectada a la barra in$inita # estar aco*lada a una má!uina de cc" *ara lo cual en un inicio la I actuará como motor # la otra má!uina aco*lada como +enerador" # des*us de alcan(ar ciertas
condiciones de volta0e" se cambia esto # la I $uncionará como +enerador" # a su ve(" la má!uina de cc actuará como má!uina motri(. Para !ue se *rodu(ca el cambio en el cual la I
*asa de ser motor a +enerador" la má!uina de cc a la cual está aco*lada debe cum*lir !ue el volta0e con el cual es e:citado debe ser i+ual a su volta0e +enerado" # de esta manera la má!uina de cc *uede *asar a ser una má!uina motri( mediante la variacin de su circuito de cone:in *or medio de un interru*tor doble. 6na má!uina de induccin !ue $uncione como
+enerador es usada con ma#or $recuencia en centrales en las cuales la velocidad de las turbinas es mu# variable" estas *ueden ser centrales elicas en su ma#or2a. La im*lementacin de las má!uinas de induccin como 3eneradores no era mu# usada en el *asado debido a su di$2cil control de velocidad" *ero esto 9a cambiado # 9a ido *ro+resando a la *ar del desarrollo de la electrnica de *otencia" es *or eso !ue en la actualidad este ti*o de +eneradores van abrindose *aso en la +eneracin de ener+2a" es*ecialmente ener+2a lim*ia.
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R E4ERENCIAS
1F4raire ora @." á!uinas Elctricas.
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