Laboratorio Nº 04 Informe Final: GENERADOR SÍNCRONO II Antonio Alberto S. Gresia Munayco Mac Robert J. Mondragón Miraval Ji!!i Gu"!an #ondori &u" Andrea 'anta &aban
20124066H 20122141 201221$%H 201111(0A 201111(0A
Facultad de Ingeniería Eléctrica Eléctrica y Electrónica, Universidad Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú
INTRODUCCIN )n esta e*+eriencia va!os a ver el ,unciona!iento la !-uina s/ncrona ya co!o generador o+eran o+erando do con el siste!a siste!a tenien teniendo do en cuenta cuenta aora aora los +ara!e +ara!etro tross de desli" desli"a!i a!ient ento o la caracteristica de la +otencia teniendo encuenta el -ngulo de carga y la caracteristica de con res+encto a di,erente carga. I.
O!"ETI#O
3e!ostrar en ,or!a +r-ctica los ensayos bao carga +ara la deter!inación e*+eri!ental de las caracter/sticas ' vs. y las las cara caract cter/ er/st stic icas as en 5 del del gene generad rador or s/nc s/ncro rono no.. Asi!is!o el ensayo de desli"a!iento +ara la esti!ación de las reactancias en ees directo y cuadratura en una !-uina de +olos salientes.
II$ TEORÍA %oten&ia '( )n*+lo ,e Car*a 7'89:
el ,luo entrante entrante a la !is!a !is!a y +or lo tanto la +otencia +otencia !ec-nica a+ortada al generador s/ncrono.
&a ,inalidad de la ,igura es !ostrar las +rinci+ales variables involu involucra crada dass en el contro controll de ,recue ,recuenci ncia8+ a8+ote otenci ncia a la estructura detallada del siste!a de control se e*+lica en las secciones siguientes. )s ,recuente e!+lear co!o entrada del siste!a de control la velocidad de giro del ee !-s ,-cil de +rocesar ue la ,recuencia el;ctrica.
)l ele!en ele!ento to b-sico b-sico +ara +ara eercer eercer el contro controll ,recue ,recuenci ncia8 a8 +otencia en un siste!a siste!a el;ctrico es el generador generador s/ncrono.
&a ,igura ,igura !uestr !uestraa el esue! esue!aa b-sico b-sico de un gener generado ador r s/ncrono con una turbina ue +uede ser de va+or de gas o de agua. &a v-lvula de ad!isión a la turbina +er!ite regular
III$
ES%UESTAS A %REGUNTAS R ES%UESTAS
A.
elación de lecturaas o!tenidas en la e"#eriencia.
de velocidades entre el cam#o giratorio +ue las corrientes del inducido generan y el rotor da lugar a +ue alternativamente los e)es del cam#o del inducido coincidan con los de los #olos inductores o estén en cuadratura con éstos. $uando am!os e)es coinciden, la (.m.m. del inducido actúa so!re el circuito longitudinal de reluctancia mínima y, #or tanto, el (lu)o ser- m-"imo, en tanto +ue cuando est-n en cuadratura actúa so!re el circuito transversal de reluctancia m-"ima y el (lu)o sermínimo. Admitiendo des#recia!le la resistencia ó2mica del devanado, la (.e.m. inducida en cada (ase del devanado estatórico ser- igual u o#uesta a la tensión a#licada, #or lo +ue el cociente de esta tensión, #or la corriente a!sorvida, nos dar- el valor de la reactancia síncrona del devanado inducido. La reactancia síncrona transversal "+ es siem#re menor +ue la " d . 4!sérvese +ue en m-+uinas de #olos salientes, normalmente0
$aracteristica % del generador síncrono.
Prue!a de desli&amineto.
'.
$on la in(ormación o!tenida en la #rue!a de desli&amiento estimar las reactancias en el e)e directo y cuadratura *"d y "+ de la m-+uina. eactancia íncrona /ransversal0 X q
=
U MIN I MAX
→ X q
49.3 =
4.1
=
12.024 Ω
xq x d
eactancia íncrona Longitudinal0 X q
=
U MAX I MIN
→ X q
49. 9 =
4. 0
=
x d
$alcular la relación " d 1 "+ y com#rue!e si este valor se encuentra dentro del rango usual #ara m-+uinas de este ti#o y #otencia. E"#lic+ue. egún el ensayo de desli&amiento se 2ace girar la m-+uina síncrona, accionada #or un motor au"iliar, a una velocidad ligeramente distinta de la de sincronismo, !ien sea #or encima o #or de!a)o de ésta, #ero en todo caso, con un desli&amiento muy #e+ue3o, a la ve& +ue se a#lica al devanado inducido un sistema de tensiones tri(-sicas e+uili!rado de reducido valor y se mantiene a!ierto el devanado inductor. La di(erencia
a 0.7
En nuestro caso, de los datos o!tenidos del c-lculo anterior0
12.475
xq $.
= 0.6
12.024 =
12.475
= 0.9638
4!servamos +ue la relación 5+15d no est- dentro del rango teórico #ara las m-+uinas de #olos salientes. 6.
Utili&ando los valores de " d , "+ *7.8 y r a *medido en el ensayo 8, contruir la carateristicas teórica P vs 9. $onstrastarla con los #untos o!tenidos e"#erimentalmente. $alcular los errores y e"#licar las divergencias. :a +ue no tomamos datos #ara la demostración de la ;característica
#otencia vs. 6elta<, no anali&aremos el contraste entre valores teóricos y e"#erimentales. Luego consideraremos r a = >, y construiremos la característica P vs. 9, tomando en cuenta los valores de "+ y "d calculados anteriormente. 6el diagrama (asorial0
eem#la&ando todos los valores o!tenidos anteriormente en la ecuación *O o!tenemos0 P = 88H.>7HG en*9 ? K.JC en*C9 +ue viene a ser la característica angular del generador síncrono con el cual 2emos tra!a)ado en el la!oratorio. E.
$alculamos E( 0 E( = % ? )"+.I ? )*"d @"+ I d
Para el c-lculo de la #otencia m-"ima +ue #uede entregar nuestro generador sólo 2ace (alta 2acer una derivada a la ecuación de la característica angular calculada anteriormente0
6onde0 E = % ? )"+.I y BE = )*"d @"+ I Luego reem#la&amos todos nuestros valores en las ecuaciones anteriores0
P = A.en*9 ? '.en*C9
E = CC>1D8∠> ? 7GG.H7∠ *>@
∂P ∂ δ = > = A.$os*9 ?
8J.K = GH ∠G8.7CJ Entonces el -ngulo 9 = G8.7CJ
C'.$os*C9 > = A.$os*9 ? C'.*C.$osC*9@G A C > = $os *9 ? 4 B $os*9 Q
An-logamente0 M = 9 ? ф = G8.7CJ ? 8J.K = H>.CJ Luego0 BE = *GK.8J@ GG.H77en*H>.CJ = C>.KK %
>.H 6onde0 A=88H.>7HG y '=K.JC esolviendo la ecuación de segundo grado o!tenemos0
Finalmente0 E( = G.K ∠G8.7CJ % eguidamente 2allamos la característica angular de la siguiente ecuación0
P=
3V
E f
x d
2
senδ +
3 V 2
[
6e los gr-(icos anteriores indicar cu-l sería la #otencia m-"ima +ue #odría entregar el genrador sin #erder el sincronismo y cu-l es el -ngulo delta límite contrastarlo con los c-culos teóricos.
1
1 −
x q x d
$os*9=
]
@G.HCJH ó >.8CH
6e donde0 $os*9=>.8CH 9 RA5 =>.KK : la #otencia m-"ima se calcula al reem#la&ar 9 RA5 en la ecuación de la característica angular0 P RA5 = 7>GG.>C S
se
.*O F.
Tra(icar en un mismo #lano los datos e"#erimentales de las caracteristicas en ;%< *Ia vs I( del generador
síncrono o#erando en #aralelo con la red #ara cada caso de carga. $alcular el (actor de #otencia del generador cuando entrega la corriente de armadura Ia #or sus
P=0.25PN 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
!ornes y es e"citado con una corriente
P=0.5PN 5 4 3 2 1 0 0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
de e"citación I(.
P=0PN 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0 .9
1
1 .1 1 .2 1 .3
DATA S-EET . -O"A DE DATOS
I#$
T.
$onclusiones. El aco#lamiento en serie de dos o m-s alternadores es di(ícil de reali&ar e inesta!le, #ues #ara +ue lo (uera de!erían mantenerse constantemente iguales las velocidades de los motores #rimarios. El aco#lamiento en #aralelo en cam!io, 2asta determinados límites, es de #or sí esta!le, es decir, ante cual+uier #ertur!ación las reacciones electromagnéticas y mec-nicas de las m-+uinas aco#ladas tienden a o#onerse a la misma, corrigiendo la variación moment-nea introducida accidentalmente. Es im#ortante tener en cuenta las condiciones +ue se de!en cum#lir #ara #oner en #aralelo a un gru#o generador con un EPI es #or eso +ue a2ora se detallan estas0 G C 8 7
Igualdad de tensiones Igualdad de secuencia de (ases Igualdad de (recuencias Angulo de des(asa)e entre ellos igual a cero
#$ • • • •
• •
Los #rinci#ales inconvenientes del ensayo de desli&amiento son la tendencia del rotor a girar en sincronismo con el cam#o giratorio del estator *a causa del motor de reluctancia y los e(ectos de las corrientes inducidas en los devanados de amortiguamiento del rotor. /ra!a)ando con valores reducidos de la tensión a#licada se minimi&an estos inconvenientes, #ero tam!ién se resiente la e"actitud de la lectura de los instrumentos.
• • • •
E/UI%OS . ATERIALES
1 e*tensión tri,-sica 1 e*tensión bi+olar 1 volt/!etro con cero en el centro 1 !ult/!etro 1 a!+er/!etro )&A> 1? de 0 @ 6 A. 1 control de distancia 5Sie !ens 1 llave de distribución 1 +otenció!etro de $40 1 estrobosco+io 1 vat/!etro attavi cables A)G
#I$
DESARROLLO DE LA
E1%ERIENCIA A. Ensayo G0 $aracterística de #otencia vs -ngulo de carga *P Q 9. #onectar el eui+o seg=n la ,igura 1. Austar la tensión secuencia de ,ases y ,recuencia del generador y +onerlo en +aralelo a la red.
)e del !otor +ri!o en una ubicación tal ue deltaB0 7ubicar un origen: +ara ello usare!os el estrobosco+io.
Reducir la +otencia entregada +or el generador a la red y sacarlo del +aralelo. Ar!ar el esue!a de la siguiente ,igura.
)ncender el !otor +ri!o y llevarlo a una velocidad +ró*i!a a la velocidad s/ncrona de tal !anera ue el desli"a!iento sea !ayor ue el 2D.
Co!ar valores de la +otencia y del -ngulo de carga desde las condiciones de !/ni!a +otencia asta +otencia donde la corriente de ar!adura no su+ere 1.?>n.
Reducir la tensión al generador al 2?D de la tensión no!inal y cerrar el interru+tor del generador cuidando ue la corriente de ar !adura no su+ere su valor no!inal. Eotar- ue +or !edio de un volt/!etro ue la tensión e!+e"ara oscilar suave!ente. Co!ar los valores de tensión y corriente cuando la tensión +ase +or cero y cuando sea !-*i!a.
#uando este en condición de sobrecarga un integrante del gru+o est; atento +ara regular el torue a+licado a la !-uina en caso d +;rdida de sincronis!o.
'. Ensayo C0 $aracterística en ;%< del generador síncrono #onservar la condición anterior y regular la +otencia entregada +or el generador al ?0D de la no!inal y veri,icar ue sea constante luego au!entar la corriente de e*citación del generador asta ue la corriente de ar!adura alcance su valor no!inal. &uego de to!ar datos dese*citar gradual!ente al generador la corriente de ar!adura e!+e"ara dis!inuir y +asar- +or un valor !/ni!o +ara luego volver a dis!inuir y +asar- +or un valor !/ni!o +ara luego volver a incre!entarse dese*cite asta volver la corriente de ar!adura la no!inal. #onsiga la corriente de ar!adura !/ni!a. 'ara la corriente de ar!adura !/ni!a dis!inuir la carga del generador al 2?D de la +otencia no!inal !anteni;ndola constante +ara re+etir el +rocedi!iento anterior luego acer lo !is!o +ara una +otencia de 0D.
$. Ensayo 80 Ensayo de desli&amiento
#II$ F1 F2
8V
!I!LIOGRAFÍA
5M-uinas )l;ctricas '>
AE< 8
5Ceor/a de las M-uinas de corriente alterna &AEGS3<
