Universidad Tecnológica de Pereira
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PreCInor)e :1 o!eración en !aralelo de generadores s"ncronos. !arte: ?./ ?./ /guirre- Daaguirreut!.edu.coDaaguirreut!.edu.co- :3FF3:372G IV. IV. P%E0U$T P%E0U$T/S /S 8 T%/B/ T%/B/JO JO P%EVIO Resumen — El siguiente documento brinda un breve anál anális isis is de los los gene generad rador ores es sínc síncro rono noss y busc busca a dar dar respu respuest estas as a algu alguna nass preg pregun unta tass conc concern ernie ient ntes es a la operación en paralelo de estos, además se buscara los efecto efectoss causad causados os en las potenci potencias as activa activa y reacti reactiva va debi debido do a la vari variaci ación ón de la frec frecue uenci ncia a y la tens tensió ión n respectivamente.
Explique y grafique qué relación existe entre frecuencia vs potencia activa y tensión vs potencia reactiva en un generador síncrono.
&ado &ado que que la velo veloci cida dad d del del e,e e,e de la )aqui aquina na est* est* rela relaci cion onad adaa con con la rec recue uenc ncia ia eléc eléctr tric icaa )edi )edian ante te la ecuación 9:;1
fe =
Palabras clave clave —carga, frecuencia, potencia, tensión.
I.
OBJETIVOS
Obte Obtene nerr qué qué rela relaci ción ón exis existe te entr entree la rec recue uenc ncia ia de o!er o!erac ació ión n de un gene genera rado dorr s"nc s"ncro rono no # la !ote !otenc ncia ia activa. Obt Obtener ner qué qué relac lación exist xistee entre ntre la tens tensiión de o!er o!erac ació ión n de un gene genera rado dorr s"nc s"ncro rono no # la !ote !otenc ncia ia reactiva
nm∗ P 120
(1 )
Por tal )otivo es que la !otencia de salida de un generador s"ncrono est* relacionada con la !otencia. !otencia. En las iguras a # b de la igura : se !resenta !resenta gr*ica)ente gr*ica)ente esta relación relación 9:;.
II. II. I$T% I$T%O& O&U' U''I 'IO$ O$ (os generador generadores es s"ncronos s"ncronos son )*quinas )*quinas que se utili+an utili+an !ara convertir !otencia )ec*nica en !otencia eléctrica de ca. &ebido a las necesidades de carga surge la necesidad de la conexión de estos en !aralelo con lo que se )e,ora la coniabilidad coniabilidad del siste)a- !er)itiendo as" el )anteni)iento )anteni)iento en estas )*quinas sin aectar al consu)idor- sin e)bargo es i)!ort i)!ortant antee conoce conocerr los requis requisit itos os o reco)e reco)enda ndaci cione oness necesarias a tener en cuenta antes de conectar generadores s"ncronos en !aralelo. III. III. /T /TE%I/(E E%I/(ES S Materiales del del laboratorio: 0ru!o en donde se debe reali+ar la !r*ctica1 • ódulos de (abvolt. Materiales del del almacén: 23 cables de conexión. • 'orreas. • Banco resistivo. • Banco ca!acitivo. • ult")etro. • /nali+ador de ar)ónicos. • %esistencias 433- 533 # 233 6. • 7 Interru!tores. •
Figura ! a" #urva de velocidad vs potencia de un primo motor. b" #urva de frecuencia vs potencia resultante del generador $%. (a relación entre la recuencia # la !otencia activa se !uede describir )ediante la siguiente ecuación1
P= Sp ( fpc −fsis ) ( 2 ) &onde &onde de la igura igura :
?@A+ o ?@A+- fpc ?@A+- fpc es es la recuencia en vac"o # fsis es fsis es la recuencia de o!eración del siste)a 9:;.
Viernes Viernes : de ebrero de 73:4 (aboratorio de *quinas eléctricas :
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'uando es aHadida una carga en atraso a un generador s"ncrono- su volta,e en ter)inales dis)inu#e. Igual)entecuando se aHade una carga en adelanto a un generador s"ncrono- se incre)enta su volta,e en ter)inales. Esto ace !osible crear una gr*ica del volta,e en las ter)inales # la !otencia reactiva la cual !uede ser observada en la igura 7 9:;1
7
GD ( )=
∆ f ( fsc− fpc ) = (5 ) ∆P Ppc
GD ( )=
GSR∗fpc ( 6) Ppc
0+ué elemento dentro de una central 1idroeléctrica se encarga de regular la frecuencia y por qué2
El 0S% se encarga de regular la velocidad del generador#a que la recue recuenci nciaa est* est* relaci relaciona onada da con la veloci velocidad dad ta)bié ta)bién n se regula regula la recu recuenc enciaia- ade)* ade)*ss existe existen n varios varios )étodos de regulación en una central idroeléctrica- dado que que la regu regula laci ción ón de la rec recue uenc ncia ia es ine inere rent ntee a la regulación de otras caracter"sticas de !otencia- existen tres )étodos Ntiles !ara la regulación de la recuencia en una central idroeléctrica1 idroeléctrica1 Figura &! #urva de volta'e en las terminales ()*" vs la potencia reactiva (+" $%.
(a relaci relación ón del volta,e volta,e # la !otenc !otencia ia reacti reactiva va se !uede !uede ex!resar )ediante una ecuación si)ilar a la ecuación 7. Para cualquier cualquier !otencia !otencia reactivareactiva- la corriente corriente de ca)!o ca)!o controla el volta,e en las ter)inales VT del generador 9:;. #onsulte acerca del significado de las expresiones -, F/ y /, y cuáles son los valores típicos de estos términos en los generadores. -! 0enerator 0enerator sli! ring a- el cual es un generador s"ncrono que cuenta con un diseHo !ara la variación de la recuencia en siste)as de !otencia /'- !osee velocidades variables de :3F33 a 75333 r!)- ade)*s cuenta con una eicienc eiciencia ia electro) electro)agnét agnética ica del 7 # su ca!acida ca!acidad d de generación es de 3 a :73 KV/ # en caso de sobrecargas !uede !roducir :F3KV/ :F3KV/ 97;.
El acróni acróni)o )o - ta)bién !uede reerirse a1 <0overnor S!eed %egulation=.
GSR ( )=
fsc − fpc n sc − n pc = ( 3) fpc n pc
'u#o valor t"!ico es del 7 al 5. F/! Lrecuenc# &roo! %ote 9A+@D;
Regulador eléctrico-electrónico: eléctrico-electrónico: Es un regulador electr electróni ónico co aco!l aco!lado ado eléct eléctric rica)e a)ente nte con un )otor )otor de a)bos sentidos de giro. Esta aco!lado )ec*nica)ente a la v*lvula de control de entrada de agua a la turbina- cuando au)enta la recuencia- el regulador electrónico env"a una seHa seHall al )oto )otorr !ara !ara que que gire gire la v*lv v*lvul ulaa de entr entrad adaa- # dis)i dis)inu# nu#aa el caudal caudal de agua agua que entra entra a la turbi turbina na # cuando dis)inu#e la recuencia- env"a una seHal al )otor !ara que abra la v*lvula. &e esta or)a se controla la velocidad de rotación de la turbina- # con ello- la recuencia # el volta,e- la)entable)ente no es )u# eiciente en cuanto al )antener constante la recuencia en 43 A+ 92;. Venta,a1 'ontrola el caudal que entra a la turbina. &esventa,as1 'ostoso- res!uesta lenta ante las variaciones de la recu recuenc encia ia # el volta, volta,ee- se )anti )antiene enen n !equeH !equeHas as oscilaciones de la recuencia # requiere !ersonal caliicado !ara su )anteni)iento )anteni)iento 92;. Regulador electrónico: electrónico: El regu regula lado dorr elec electr trón ónic icoo- o regulador de carga antas)a- tiene co)o unción )antener consta constante nte la !oten !otencia cia genera generadada- la turbin turbinaa uncio unciona na a !otencia constanteconstante- de an*lisis de lu,o de !otencia tene)os que 92;1
Pg= Pd + Pc ( 7 ) Pero !ara este este caso- Pg es es la !otencia !otencia generada generada-- Pd es la !otencia disi!ada en el banco de resistencias # Pc Pc es la !otencia consu)ida !or la !oblación. (a energ"a no consu)ida es disi!ada en or)a de calor en un banco de ist ia l) ubi la de
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es )enor que la de reerencia !atrón- el regulador desv"a )enos energ"a al banco de resistencia. Venta,as1 Es econó)ico- )antiene constantes la recuencia # el volta,e- # traba,a de or)a se)iauto)*tica. se)iauto)*tica. &esventa,a1 $o controla el caudal del agua- !or lo que- en lugares donde ésta es escasa- no debe ser instalado 92;. Regulador mixto: Este siste)a de regulación est* basado en los dos ti!os de regulador anteriores- tiene la !osibilidad de controlar la de)anda eléctrica # el lu,o de agua que entr entraa a la turb turbin ina. a. Su unc uncio iona na)i )ien ento to es tota total) l)en ente te auto)*tico # el a,uste de la recuencia es instant*neo- #a que se reali+a !or el regulador electrónico- # la disi!ación de energ"a es )uco )enor que en el caso del regulador electrónico 92;. Por otra !arte- una ve+ que el banco de resistencia cede la energ"a que estaba disi!ando- el )otor eléctrico ace girar la v*lvula de entrada !ara que var"e el lu,o de agua- # lleve de nuevo nuevo al banco banco de resist resisten encia ciass a disi!a disi!arr la )is)a )is)a cant cantid idad ad de ener energ" g"aa que que esta estaba ba disi disi!a !and ndo o ante antess del del dese desequ quil ilib ibri rio. o. 'on 'on este este trab traba, a,o o co)b co)bin inad ado o se logr lograa )antener la recuencia # el volta,e constantes #- ade)*sdis)inuir la cantidad de agua e)!leada en disi!ar energ"a 92;. Venta,as nta,as11 'ontro 'ontrola la el cauda caudall que entra entra a la turbin turbinaa # )antiene constantes constantes la recuencia # el volta,e 92;. 3uestre en un diagrama fasorial el efecto de variar la corriente de campo manteniendo constante la potenc ia de salida y la frecuencia.
Si la !otenc !otencia ia su)ini su)inistr strada ada es consta constante nte a )edid )edidaa que ca)bia ca)bia la corri corrient entee de ca)!oca)!o- entonc entonces es las distan distancia ciass !ro!orcionales !ro!orcionales a la !otencia en el diagra)a asorial de la igura 2 no !ueden ca)biar. 'uando a# un incre)ento en la corr corrie ient ntee de ca)! ca)!oo- se incr incre) e)en enta ta el lu, lu,o o # si se incr incre) e)en enta ta el lu, lu,o o Ea se incr incre) e)en enta ta !ero !ero Ea debe debe !er)anecer constanteconstante- entonces el Ea debe desli+arse sobre la l"ne l"neaa de !ote !otenc ncia ia cons consta tant nte. e. &ebi &ebido do a que que V es constante- el *ngulo ,QsIa ca)bia # !or lo tanto- ca)bia el *ngulo # la )agnitud de Ia # co)o la !otencia reactiva est* vinc vincul ulad adaa con con la corr corrie ient ntee de ca) ca)!o!o- ento entonc nces es un incre) incre)ent ento o en la corri corrient entee de ca)!o ca)!o )ante )anteni niend endo o la !otencia de salida # la recuencia constante causa el au)ento de la !otencia reactiva en el generador 9:;.
Figura 4! Efecto del incremento en la c orriente de campo del mecanismo con potencia constante $%.
V. %ELE %ELE% %E$'I/ $'I/S S [1] Ste! Ste!e en n 'a! 'a!)a )ann- aqu aquin inas as eléc eléctr tric icas as Mta Mta EdEdc0raDCAil c0raDCAill@int l@intera) era)eric ericana ana editoreseditores- S./. 73:7- !! :G4C:F7. 97; 97; Tecno cnodi dina na)i )i>a >a.. GSR-90/1 GSR-90/120 20 Generator Generator.. &is!onible en1 tt!1@@tecnodina)i>a.ru@en@ 92; 'uba ubaSol Solar. ar. Reguladores Reguladores hidroeléctricos hidroeléctricos.. &is!on &is!onibl iblee en1 tt!1@@DDD.cubasolar.cu@biblioteca@Energia@EnergiaM5@ AT(@/rticulo35.t) 95; 95; $ati $ation onal al Inst Instru ru)e )ent ntss T. easure!ent easure!ent &is!onible en1 tt!1@@DDD.ni.co)@)studio@esa@
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