TALLER MAQUINAS ELECTRICAS 2
1. ¿Por qué la frecuencia de un generador síncrono está confinada a la tasa de rotación del eje? 2. ¿Por qué cae abruptamente el voltaje de un alternador cuando se le apli ca una carga con un factor de potencia en retraso? 3. ¿Por qué aumenta el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en adelanto? 4. Explique cómo se pueden determinar la impedancia síncrona y la resistencia del inducido de un generador síncrono. 5. ¿Por qué el generador en aproximación en un sistema de potencia debe conectarse en paralelo a una frecuencia más alta que la del sistema en operación? 6. ¿Cómo se puede controlar la repartición de potencia real entre dos generadores sin afectar la frecuencia del sistema? ¿Cómo se puede controlar la repartición de potencia reactiva entre dos generadores sin afectar el voltaje en las terminales del sistema? 7. ¿Qué son los valores nominales de corta duración? ¿Por qué son importantes en la operación regular de un generador? 8. En un sitio en Europa se requiere suministrar 1 000 kW a 60 Hz de potencia. Las únicas fuentes de potencia disponibles operan a 50 Hz. Se decide generar la potencia por medio de un motorgenerador que consta de un motor síncrono que acciona un generador síncrono. ¿Cuántos polos deberían tener cada una de las máquinas para convertir la potencia de 50 Hz en potencia de 60 Hz? 9. Un generador síncrono de 13.8 kV, 50 MVA, factor de potencia de 0.9 en retraso, de cuatro polos, 60 Hz, conectado en Y, tiene una reactancia síncrona de 2.5 Ω y una resistencia resistencia de inducido de 0.2 Ω. A 60 Hz; sus pérdidas por fricción y por rozamiento con el aire son de 1 MW, y sus pérdidas de núcleo son de 1.5 MW. El circuito de campo tiene un voltaje de cd de 120 V, y la IF máxima es de 10 A. La corriente del circuito de campo es ajustable en el rango de 0 a 10 A. El OCC de este generador se muestra en la siguiente figura a ) ¿Cuánta corriente de campo se necesita para hacer que el voltaje en las terminales VT (o el voltaje de línea VL) sea igual a 13.8 kV cuando el generador opera sin carga? b ) ¿Cuál es el voltaje interno generado EA de esta máquina en las condiciones nominales? c ) ¿Cuál es el voltaje de fase V f de este generador en condiciones nominales? d ) ¿Cuánta corriente de campo se necesita para hacer el voltaje en las terminales VT igual a 13.8 kV cuando el generador trabaja en condiciones nominales? e) Suponga que este generador trabaja en condiciones nominales y luego se quita la carga sin cambiar la corriente de campo. ¿Cuál sería el voltaje en las terminales del generador? f) ¿Cuánta potencia y cuánto par de estado estable debe ser capaz de suministrar el motor primario del generador para manejar las condiciones nominales? g ) Construya una curva de capacidad de este generador.
10. Suponga que la corriente de campo del generador del problema anterior se ajusta para suministrar su voltaje nominal cuando se carga con corriente nominal con un factor de potencia unitario. a) ¿Cuál es el ángulo d del par del generador cuando suministra corriente nominal con un factor de potencia unitario? b) ¿Cuál es la potencia máxima que este generador puede proporcionar a una carga con factor de potencia unitario cuando la corriente de campo se ajusta al valor de corriente? c) Si el generador opera a plena carga con un factor de potencia unitario, ¿qué tan cerca está del límite de estabilidad estática de la máquina? 11. El voltaje interno producido EA por un generador trifásico síncrono conectado en Y es de 14.4 kV, y el voltaje en las terminales VT es de 12.8 kV. La reactancia síncrona de esta máquina es de 4 Ω, y la resistencia del inducido se pueden pasar por alto. a ) Si el ángulo de par del generador d 5 18°, ¿cuánta potencia suministra este generador en el momento actual? b) ¿Cuál es el factor de potencia del generador en este momento? c) Trace el diagrama fasorial bajo estas circunstancias. d) Si se hace caso omiso de las pérdidas en este generador, ¿qué par debe aplicar a su eje el motor primario en estas condiciones? 12. Un generador síncrono de 100 MVA, 14.4 kV, un FP de 0.8 en retraso, 50 Hz, con dos polos, conectado en Y, tiene una re actancia síncrona por unidad de 1.1 y u na resistencia en el inducido por unidad de 0.011. a) ¿Cuál es la reactancia síncrona y la resistencia en el inducido en ohms? b) ¿Cuál es la magnitud del voltaje interno generado EA en condiciones nominales? ¿Cuál es el ángulo d del par en estas circunstancias? c) Pase por alto las pérdidas en el generador. ¿Qué par debe aplicar el motor primario al eje del generador a plena carga? 13. Suponga que es un ingeniero que tiene que planear una nueva estación de cogeneración eléctrica para una planta con exceso de vapor para proceso. Tiene la opción de elegir entre dos generadores de turbina de 10 MW o un solo generador de turbina de 20 MW. ¿Cuáles serían las ventajas y desventajas de cada opción?
14. Durante una prueba de cortocircuito, un generador síncrono conectado en Y produce 100 A de corriente del inducido de cortocircuito por fase con una corriente de campo de 2.5 A. A la misma corriente de campo, el voltaje de línea de circuito abierto se mide como 440 V. a) Calcule la reactancia saturada síncrona bajo estas condiciones. b) Si la resistencia del inducido es de 0.3 Ω por fase y el generador suministra 60 A a una carga puramente resistiva conectada en Y de 3 Ω por fase con este valor de corriente de campo, determine la regulación de voltaje bajo estas condiciones de carga. 15. Un generador síncrono trifásico, conectado en Y, de 120 MVA, 13.8 kV, un FP de 0.8 en retraso y 60 Hz, cuya reactancia síncrona es de 1.2 V por fase y su resistencia en el inducido es de 0.1 V por fase. a) ¿Cuál es su regulación de voltaje? b) ¿Cuál sería el valor nominal del voltaje y de la potencia aparente si operara a 50 Hz con las mismas pérdidas en el inducido y el campo que si se operara a 60 Hz? c) ¿Cuál será la regulación de voltaje del generador a 50 Hz? 16. Dos generadores síncronos trifásicos idénticos de 2.5 MVA, 1 200 V, FP de 0.8 en retraso, 60 Hz, se conectan en paralelo p ara alimentar una carga. Lo s motores primarios de los dos generadores tienen una característica diferente de caída de velocidad. Si las corrientes de campo de ambos generadores son iguales, uno suministra 1 200 A con un FP de 0.9 en retraso y el otro 900 A con un FP de 0.75 en retraso. a) ¿Cuáles son las potencias real y reactiva que cada generador suministra a la carga? b) ¿Cuál es el factor de potencia total de la carga? c) ¿En qué dirección se debe fijar la corriente de campo de cada generador para que operen con el mismo factor de potencia?
