INSTITUTO TECNOLÓGICO DE NUEVO LAREDO
INGENIERÍA ELÉCTRICA
MANUAL DE PRÁCTICAS DE TRANSFORMADORES PRACTICA #6 NOMBRE DE LA PRÁCTICA: PRUEBA DE SINCRONIZACION ALUMNOS: YENERICA LEYVA HERNANDEZ, No. 10100638 DAVID JONATHAN CRUZ AGULAR, No. 10100138 RAMIRO TELLEZ ANDRADE, No. 10100103 JOB FERNANDO ALFARO CASTRO, No. 10100085 EDSON ZACARIAS GONZALEZ, No. 10100094
PROFESOR: ING. BERNARDINO LOZANO PONCE
FECHA DE ENTREGA: 09 DE ABRIL DEL 2013
NOMBRE DE LA PRÁCTICA Prueba de sincronización entre un generador y un bus infinito.
OBJETIVO El objetivo de esta práctica es realizar la sincronización de un generador a un bus infinito y observar que cambios produce dicho bus infinito .
MARCO TEORICO I - ANTECEDENTES. A lo largo del tiempo se ha observado el incremento del uso de la energía, pues cada día la población del mundo va incrementándose ascendientemente, para ello es sumamente necesario producir grandes capacidades de energía eléctrica la cual no puede llegar a nuestros hogares sin tener que pasar por un proceso de distribución para que así de esta forma puedan llegar los 110 V, 220V o 480V (República Mexicana) según sea la fuente de distribución a la que pertenezcan. De esta forma veremos el proceso por el cual pasa este fenómeno desde su carga completa que es el voltaje en líneas “Bus Infinito” conectándose a un generador para de esta
forma poderlo sincronizar en base a la frecuencia, la magnitud del voltaje, la corriente y la potencia, sincronizándolas para que esta tenga un mayor rendimiento. Por ello es importante que tanto el voltaje como la frecuencia estén sincronizadas y en fase. La manera más usual para llevar a cabo este proceso es usando el “sincronoscopio” pues este nos mostrara justo el momento en que las tres fases de una línea esta sincronizada y cuando no lo esté nos dará el aviso de que hay algún tipo de error ya sea en el tiempo, la frecuencia o el voltaje, por ello es importante saber el uso de este aparato de medición.
Un ejemplo claro de esta situación lo vemos con los requerimientos de potencia de un sistema de suministro eléctrico aumenta durante el día, los generadores se conectan en sucesión al sistema para proporcionar la potencia adicional. Más tarde, cuando disminuye la demanda de potencia se seleccionan algunos generadores y se desconectan temporalmente del sistema hasta que la potencia aumenta de nuevo al día siguiente. Por lo tanto los generadores síncronos se conectan con regularidad de una gran red eléctrica de potencia en respuesta a las demandas de los clientes. Se dice que esta red es un ”bus infinito” porque contiene tantos generadores
esencialmente conectados en paralelo que ni el voltaje ni la frecuencia de la red se pueden alternar.
I.
¿QUÉ ES UN GENERADOR?
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator ). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua.
Fig.1.1 Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 1984) en EEUU. Generador Primario El generador primario Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.
Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.
Generador secundario Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables. Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento. II.- SINCRONOSCOPIO Definición: Instrumento destinado a indicar cuando dos tensiones alternas o dos sistemas de tensiones polifásicas alternas tienen la misma frecuencia y están en fase. La generación de energía eléctrica implica el que una central desde que se inicia a la producción energética no puede suministrar al momento energía a la red por diversas causas. La primera de ellas es que dependiendo del tipo de central como puede ser una térmica convencional o una nuclear necesita por lo menos un período entre 1 y 2 días para funcionar a plena potencia. Para que una central empiece a producir energía no basta con que la turbina gire y a su vez el eje de esta que va acoplado al alternador se mueva. De hecho cuando esto ocurre el alternador se dice que funciona en isla, es decir genera energía eléctrica pero se queda a la salida del alternador. Para que el alternador produzca energía eléctrica y esa energía fluya por la red, debemos conseguir que las características de generación de dicho alternador cumplan unas condiciones. Esto es:
• Que las tensiones de la red y del alternador sean iguales. • Que la frecuencia de giro del alternador sea igual a la
frecuencia de la red (en
nuestro caso 50 Hz) • Que las tensiones estén en fase. Esto quiere decir que el ángulo existente entre cada una de las fases del sistema trifásico de la red y del alternador sea 0º ya que en caso contrario, acoplar un alternador a la red si las tensiones no pulsan en fase podría provocar un cortocircuito trayendo consigo consecuencias fatales.
Fig.1.2 Diagrama de un sincronoscopio conectado a un generador.
III. GENERADOR CON EN UN BUS INFINITO
Antes de conectar un generador a un bus infinito (o en paralelo con otro generador) debemos sincronizarlo. Se dice que un generador esta sincronizado cuando satisface las siguientes condiciones:
a) La frecuencia del generador es igual a la frecuencia del sistema. b) El voltaje del generador es igual al voltaje del sistema. c) El voltaje del generador está en fase con el voltaje del sistema. d) La secuencia de fases del generador es igual que la del sistema .
Como ya vimos un bus infinito es un sistema tan poderoso que impone su propio voltaje y frecuencia en cualquier aparato conectado a sus terminales. Una vez conectado a un gran sistema (bus infinito), un generador síncrono se vuelve parte de una red que comprende cientos de generadores más que suministran potencia a miles de cargas. Por lo tanto, es imposible especificar la naturaleza de la carga( grande o pequeña, resistiva o capacitiva) conectada a las terminales de este generador particular, debemos tener en cuenta tanto el valor de la frecuencia y el voltaje terminal a través del generador son fijos; por lo tanto tendremos que variar solo dos parámetros de la maquina: a) La corriente de excitación Ix. b) El par o momento de torsión mecánico ejercido por la turbina.
3.1 Bus Infinito- efecto de la variación de la corriente. Inmediatamente después de que sincronizamos un generador y lo conectamos a un bus infinito, el voltaje inducido E es igual a, y está en fase con, el voltaje terminal E del sistema. No existe diferencia de potencial a través de la reactancia síncrona y, por consiguiente, la corriente de carga I es cero. Aunque el generador está conectado al sistema, no suministra potencia: se dice que flota en la línea. Ahora si incrementamos la corriente de excitación, el voltaje E se incrementara y la reactancia síncrona X , experimentara una diferencia de potencial Ex dada por:
Ex=E -E
Por lo tanto, una corriente I circulará en el circuito dado por I= (E -E)IX ˢ
Como la reactancia síncrona es inductiva, la corriente está retrasada 90º respecto a Ex. Por lo tanto, la corriente, la corriente está retrasada 90º respecto a E, lo que significa que el generador ve el sistema como si fuera una reactancia inductiva. Por consiguiente cuando sobreexcitamos un generador síncrono, este suministra potencia reactiva al bus infinito. La potencia reactiva se incrementa conforme aumentamos la corriente directa de excitación.
REGLAS DE SEGURIDAD 1. Antes de iniciar su práctica despréndase: Reloj Anillos Medallas Aretes Pulseras Collares Corbatas, etc. 2. Ponga mucha atención en las indicaciones de su maestro o instructor en cuanto a la conexión o a los circuitos que se vallan a realizar. 3. Guardar compostura con los compañeros. 4. No gritar, no jugar, no empujar. 5. Antes de armar los circuitos revise todos y cada uno que van a utilizar de manera que este seguro que estos estén funcionando adecuadamente así como los dispositivos que se vallan a utilizar. 6. Antes de energizar todos los circuitos pida al maestro que revise o dé el visto bueno.
MATERIAL DE LA RACTICA *GABINETE GCM *GABINETE GCG *SINCRONOSCOPIO *MOTOR TRIFASICO DE INDUCION *MULTIMETRO DIGITAL *INTERRUPTOR TRIFASICO *JUEGO DE CABLES ARA LAS CONEXIONES
PROCEDIMIENTO
1-Hacer la lista del material 2-Acatar las reglas de seguridad mencionadas anteriormente. 3-Para iniciar la práctica debemos conectar el gabinete del generador a la fuente de alimentación y al excitador de campo. Además conectamos el gabinete a las fuentes de alimentación y a los sensores, tanto de proximidad como de velocidad.
No arrancamos ni el motor ni habilitamos el generador
- Para alimentar el generador este se conectara con la configuración estrella paralelo para trabajar a 220 v como se muestra en la siguiente figura.
4-Identificar que las tres fases estén presentes en el gabinete de control del motor. 5-Medir los voltajes rms del sistema (bus) al que conectaremos nuestro generador (observando el gabinete con las tres fases y cada una mostrando el valor de los voltajes necesarios). 6-Para revisar las fases del generador con el sistema, conectamos un motor de prueba trifásico, primero al sistema de alimentación en el tablero de prácticas para observar el giro del motor y determinar de acuerdo a la selección de fase A, B, C.
Para alimentar el motor conectamos sus bobinas en un arreglo delta-paralelo.
7-Teniendo determinada las fases de nuestro sistema hacemos lo mismo con el generador; arrancamos el primo-motor y manipulando la perilla de velocidad hacemos que gire a 1800 rpm. 8-Generamos 220 v aproximadamente para alimentar al motor de prueba. 9-Después habilitamos la salida del generador presionando el botón habilitar del gabinete del generador y conectamos el motor a la salida para determinar que tenga el mismo sentido de giro que el sistema y coincidan la fase A con A’, B con B’ y C con C’.
En caso de que no girara en el mismo sentido seleccionado en el paso 5 se intercambia la posición de dos fases de la salida del generador.
10-Después de comprobar lo anterior se baja la velocidad del primo-motor hasta que tope la perilla y lo paramos, también la perilla del gabinete del generador la
giramos hasta que marque cero en el display y deshabilitamos la salida del generador. 11-Ahora para llevar a cabo la sincronización conectamos el sincronoscopio entre la conexión del generador (fase 1, 2, y 3 del gabinete de conexiones) y el sistema haciendo coincidir la fase A del generador con la fase A del sistema y así sucesivamente.
La fase 1 del generador coincide con la terminal R, la 2 con S y la 3 con T, esto para conectar las terminales R, S, T con el sistema
12-También al comprobar que la pre-sincronización es correcta (esto con el sincronoscopio) necesitaremos habilitar el generador para que esté en paralelo con el sistema así que hay que corto circuitar la salida del generador R, S, T con las terminales R, S, T del sistema. 13-Volvemos a arrancar el primo-motor elevando su velocidad a 1800 rpm. 14-Generamos el voltaje necesario para que coincida con el sistema con la perilla del gabinete del generador. 15-El giro de la aguja en el sincronoscopio indicará que la frecuencia del generador sea un poco mayor a la del sistema (se observará el giro en el sentido de las manecillas del reloj).
Si la aguja gira en contra de las manecillas del reloj hay que ajustar la frecuencia del generador para que sea mayor que la del sistema.
16-Antes de habilitar la salida del generador y conectarse al sistema se debe observar que la aguja del sincronoscopio gire lentamente y de acuerdo a las condiciones descritas en el paso anterior. 17-Se espera posición vertical de la aguja para que el asesor o maestro sea el que habilite la salida del generador hacia el sistema (bus infinito). 18-Una vez conectado el generador al sistema se incremente la velocidad del primo-motor y se anotan las mediciones de la frecuencia y la potencia real. 19-También incrementaremos la corriente de campo y notamos si hay cambios en el voltaje generado y la potencia reactiva.
GRÁFICAS Y RESULTADOS Los valores constantes que se observaron en el display son: Voltajes del sistema (voltaje de líneas) -Vab = 225 v
;
Vbc = 224 v
;
Vca = 223
Corriente por fases del sistema -Ia = 2 A
;
Ib = 2 A
;
Ic = 2 A
Los resultados obtenidos después de la sincronización se muestran en las siguientes tablas: . Velocidad (ω)
Frecuencia
Potencia real
1800 RPM 1805 RPM 1810 RPM
60 Hz 60 Hz 60 Hz
1 KW 2 KW 3 KW
Tabla 1 – Variación de la velocidad y efectos del bus infinito
Corriente de campo
Voltaje generado
Potencia reactiva
Facto de potencia
0.72 A Vab=225 Vbc=224 v Vca = 223 0 KVA 0.88 0.8 A Vab=225 Vbc=224 v Vca = 223 -1 KVA 0.97 0.9 A Vab=225 Vbc=224 v Vca = 223 -2 KVA 0.953 1A Vab=225 Vbc=224 v Vca = 223 -3 KVA 0.962 Tabla 2 – Variación de la corriente de campo y efectos del bus infinito
Diagrama de casas de los efectos del bus infinito sobre el flujo de potencia real
CONCLUSIONES Como se observa en la tabla 1 de los datos obtenidos cuando movimos la velocidad del primo motor se supone se modificaría la frecuencia del sistema según los visto en el capítulo 5 del libro máquinas eléctricas, pero por el efecto que tiene el bus infinito conectado al generador la frecuencia no cambio más sin embargo la potencia real suministrada al sistema si se modificó en una manera considerable comprobando así 1 de los efectos del bus infinito. También al modificar la corriente de campo ,como se observa en la tabla 2 de los datos obtenidos, del generador se tendría que observar que el voltaje generador cambie pero no fue así, ya que de igual manera que en el párrafo anterior se dijo que el efecto del bus infinito provoca que al modificar la corriente de campo, el voltaje generado medido en terminales no cambio pero al observar el display del gabinete del generador se observó que la potencia reactiva suministrada al bus infinito si se vio afectada, comprobando así otro de los efectos del bus infinito Otra observación vista es que al verse afecta la potencia reactiva del sistema se mejoraba el fator de potencia también mostrado en la tabla 2 de los datos obtenidos.
