generadores sincronos

GENERADOR CON CARGA.
1
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CON CARGA.
1.- El generador es independiente del sistema de potencia.
• El valor de su corriente y F.P. dependen de las cargas:
resistiva, inductiva y capacitiva conectadas.
La tensión inducida es función de la acción del flujo de armadura que interactúa
2
con el flujo eslabonado que produce la rueda polar.
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA.
La corriente de carga, forma alrededor de toda la bobina un flujo magnético.
Flujo disperso en cabezal
Flujo en ranura
Flujo disperso en ranura
Flujo de reacción de armadura.
Flujo disperso en cabezal
I
El Flujo eslabonado en ranura que interactúa con el flujo polar se denomina
flujo de reacción de armadura.
3
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA (RESISTIVA).
Ea
Φb
Ia
El flujo eslabonado varía como función
Coseno y la tensión es de variación Seno,
(diapositiva 4.9).
La corriente esta en fase con la tensión
Cuando la es carga resistiva.
Φa
+
Ic
Ib
Ec
Eb
+
Φtotal
Φc
Φpolar
ΦRA
●
Diagrama fasorial de tensión y flujo que la induce,.
+
●
●
4
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA (RESISTIVA).
ia  Imáx. Sen(t  90).
RA  i  i Cos60  i Cos60.
ib  Imáx . Sen(t  90).
a
b
c
RA  1.5 máx.
ic  Imáx. Sen(t  135).
Si t  0
ia  Imáx . Sen 90.
ΦIb
ib  Imáx . Sen(30)  ( 12 ) Im áx.
ic  Imáx Sen(150)  ( 12 ) Im áx.
Φa
Así los flujos de reacción de armadura
producidos por la corriente de armadura son :
i  máx. , i  ( 12 )máx.
a
b
ΦIa
60°
60°
, ic  ( 12 )máx.
El signo negativo indica que el vector es opuesto
a los flujos que inducen las corrientes respectiva s.
ΦIc
5
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA (INDUCTIVA).
Ea
Ic
La corriente se atrasa 90° con la tensión
ΦEb
ΦEa
Ia
Ec
+
Φtotal
Φpolar
+
ΦRA
Eb
Ib
ΦEc
Diagrama fasorial de tensión y flujo que la induce.
●
●
6
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA (INDUCTIVA).
ia  Imáx. Sen(t  0).
ib  Imáx . Sen(t  120).
3
3
)máx. Cos30  (
)máx. Cos30.
2
2
 1.5 máx.
RA  (
ic  Imáx. Sen(t  120).
RA
Si t  0
ΦEb
ia  0.
ib  Imáx . Sen(120)  (
3
2
) Im áx.
ic  Imáx Sen(120)  ( 23 ) Im áx.
Así los flujos de reacción de armadura
producidos por la corriente de armadura son :
i  0 , i  (
a
b
3
2
)máx.
, ic  ( 23 )máx.
ΦIb
El signo negativo indica que el vector es opuesto
a los flujos que inducen las corrientes respectiva s.
30°
30°
ΦIc
ΦEc
7
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA (CAPACITIVA).
Ea
ΦEb
La corriente se adelanta 90° con la tensión
Ib
ΦEa
Ia
●
Ec
Eb
Ic
Φtotal
●
ΦEc
Diagrama fasorial de tensión y flujo que la induce.
..
Φpolar
+
ΦRA +
8
A. GARDUÑO GARCÍA
REACCIÓN DE ARMADURA (CAPACITIVA).
ia  Imáx. Sen(t  180).
3
3
)máx. Cos30  ( )máx. Cos30.
2
2
RA  1.5 máx.
RA  (
ib  Imáx . Sen(t  60).
ic  Imáx. Sen(t  60).
Si t  0
ia  0.
ib  Imáx . Sen(60)  (
3
2
) Im áx.
ic  Imáx Sen( 60)  (
3
2
ΦIc
) Im áx.
ΦIb
ΦEb
Así los flujos de reacción de armadura
producidos por la corriente de armadura son :
i  0 , i  ( 23 )máx.
a
b
, ic  (
3
2
)máx.
El signo negativo indica que el vector es opuesto
a los flujos que inducen las corrientes respectiva s.
ΦEc
9
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CON CARGA.
1.- El generador
es independiente del sistema de potencia.
.
IC L+ Φ°
IRL 0°
RA=0, Xs ≠ 0.
EC
ER
EL
Vn
IL L- Φ°
Diagrama fasorial para cargas con distintos factores de potencia. 10
A. GARDUÑO GARCÍA
REGULACIÓN DE VOLTAJE.
(El generador es independiente del sistema de potencia).
Curva de saturación
Línea de entrehierro
Vt
Vt
EL
ER
F.P. en atraso.
% REG 
E0  Vnom
Vnom
100
F.P. en adelanto.
Vnom
EC
F.P unitario.
.
1 2 34
Iexc
Inom
Ia
11
Característica de vacío.
Característica con carga de F.P. diferentes.
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADORES EN PARALELO
INDEPENDIENTES DEL SISTEMA DE
POTENCIA.
El reparto de carga depende de las curvas de operación de los
primo motores y de la variación de la corriente de excitación de
cada uno de ellos.
12
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADORES EN PARALELO
INDEPENDIENTES DEL SISTEMA DE
POTENCIA.
f
S1
S1, S2 = pendientes
S2
f02
f01
fref
0
40
100
% carga (P)
Característica frecuencia - % de carga
13
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADORES EN PARALELO
INDEPENDIENTES DEL SISTEMA DE
POTENCIA.
Para reducir la carga (P1 KW) del generador 1, se baja su característica reduciendo la
velocidad de su primo motor por medio del gobernador, en el generador 2 se incrementa
la velocidad para que tome mayor carga (P2 KW).
f
f2
f1
fref
0
10
85
100
Característica frecuencia - % de carga.
% carga (P).
14
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADORES EN PARALELO
INDEPENDIENTES DEL SISTEMA DE
POTENCIA.
E
S1
S1, S2 = pendientes
S2
E02
E01
Eref
0
60
100
Característica Voltaje - % de carga Q
% carga (Q)
15
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADORES EN PARALELO
INDEPENDIENTES DEL SISTEMA DE
POTENCIA.
Para reducir la carga (Q1 KW) del generador 1, se baja su característica reduciendo la
corriente de excitación , en el generador 2 se incrementa la corriente de excitación
para que tome mayor carga (Q2 KW).
E
E2
E1
Eref
0
35
85
100
% carga (Q)
Característica voltaje - % de carga (Q).
16
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CONECTADO A BUS INFINITO.
BUS INFINITO:
V y f, son constante.
Primo
motor
GENERADOR
17
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CONECTADO A BUS INFINITO.
Condiciones de acoplamiento en paralelo.
1ª.-Los voltajes deben ser iguales.
2ª.-Las frecuencias también.
3ª.-Igual secuencia de fases.
4ª.-Los diagramas fasoriales en fase.
18
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CONECTADO A BUS INFINITO.
Condiciones de acoplamiento en paralelo.
C
C
A
B
A
B
Bus infinito
Generador.
19
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CONECTADO A BUS INFINITO.
Método de lámparas apagadas.
Se cierra el interruptor (s) cuando los voltajes
están en fase y tienen la misma magnitud, frecuencia y
secuencia.
2
C
GENERADOR B
A
S
1
C
B A
20
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CONECTADO A BUS INFINITO.
Método de lámpara encendidas.
El interruptor S se cierra si se cumplen las cuatro las
condiciones acoplamiento.
Las lámparas 1 y 2 tienen aplicada una diferencial de potencial
igual √3 Vfase.
Bus infinito
2
C
GENERADOR
B
S
A
1
21
C B A
A. GARDUÑO GARCÍA
GENERADOR CONECTADO A BUS INFINITO.
Método Siemens Halske.
.
El interruptor S cuando se cumplen las cuatro las condiciones acoplamiento.
Las lámparas 1 y 2 tienen aplicada una diferencial de potencial igual √3 Vfase y
la 3 cero potencial.
Bus infinito
3
2
C
GENERADOR
B
S
A
1
22
C B A
A. GARDUÑO GARCÍA
OPERACIÓN CON CARGA (F.P. ATRASADO).
EL
Φ
ILXs
Vn
Φ
ILXs Cos Φ
ILXs Sen Φ
Todas las magnitudes se
Multiplican por el factor
(Vn/Xs), para convertir el
diagrama fasorial
diagrama de potencia.
IL
Diagrama fasorial de voltajes.
3ELVn /XS
S =3VnIL
3(Vn)²/Xs
Ra = 0.
Vn = voltaje nominal.
Φ
3VnILCos Φ = P IL = Corriente de carga.
Φ = Ang. F:P.
EL = Tensión de Vació.
j3VnILSen Φ = jQ
23
Diagrama fasorial de potencias.
A. GARDUÑO GARCÍA
OPERACIÓN CON CARGA F.P. ATRASADO.
Limite de la corriente de
armadura (valor nominal).
S
Limite de la corriente
de campo al usar el
F.P. de placa.
jQ= j3VnIsenΦ
Φ
P= 3VnICosΦ
3ELVn/XS
3(Vn)²/Xs
Φ= ángulo cos F.P.
24
A. GARDUÑO GARCÍA
CURVA DE POTENCIA REAL.
EL=[(VnCos Φ + ILRa)² + (VnSen Φ + ILXs)²]½
Pmáx = ELVn/Xs
P
E
P=( ELVnSen δ)/Xs
EL
Pmax.
Ilimite
Iexc
Característica de vacío.
90
°
δ
25
Característica de potencia real
A. GARDUÑO GARCÍA
REGULACIÓN DE VOLTAJE.
(El generador es independiente del sistema de potencia).
Curva de saturación
Línea de entrehierro
Vt
Vt
EL
ER
F.P. en atraso.
% REG 
E0  Vnom
Vnom
100
F.P. en adelanto.
Vnom
EC
F.P unitario.
.
1 2 34
Iexc
Inom
Ia
26
Característica de vacío.
Característica con carga de F.P. diferentes.
A. GARDUÑO GARCÍA
CURVA DE CAPABILIDAD.
Operación con carga de F.P. atrasado.
jQ
A
B
jQ
C
S
Φ
0
P
D
Curva de capabilidad de un generador (0ABCD).
27
A. GARDUÑO GARCÍA
CURVAS DE CAPABILIDAD.
jQ
F.P. = 0.7(-)
jQnom
Snom.
F.P. = 0.8(-)
F.P. = 0.85(-)
P2
P
Pnom
Curva de capabilidad para F.P.= 0.7(-), F.P. = 0.8(-) y F.P. = 0.85(-).
28
A. GARDUÑO GARCÍA
EFICIENCIA DEL GENERADOR SÍNCRONO
Define la calidad de la máquina.

Psa lid a
Pen tra d a
100
Psalida

100
Psalida  weléctricas  wmagnéticas  wmecánicas  wind.
Psalida = 3VfaseIfaseCosΦ
Weléctricas = mI²faseRfase
m= No. de fases
Ifase = corriente que demanda la carga.
Rfase del estator = resistencia efectiva a la temperatura de trabajo.
Las pérdidas magnéticas y mecánicas se determinan con el
método del motor separado.
29
A. GARDUÑO GARCÍA
MÉTODO DEL MOTOR SEPARADO.
Se emplea para determinar las pérdidas magnéticas y mecánicas del generador
síncrono.
REQUISITOS:
η
1º.- Conocer la curva de
eficiencia vs. potencia
entrada del primo motor.
100
%PENTRADA
2º.- Se alimenta a su voltaje nominal el motor a la velocidad síncrona , para
determinar sus pérdidas magnéticas y mecánicas igual con (A).
MOTOR
GENERADOR
A
FUENTE
V
W
30
Motor desacoplado
A. GARDUÑO GARCÍA
MÉTODO DEL MOTOR SEPARADO.
3º.- El generador se acopla al motor, el generador en vacío a velocidad síncrona sin excitación.
la potencia de entrada suministra las perdidas mecánicas, magnéticas del motor y las
mecánicas del generador Igual (B).
MOTOR
GENERADOR
A
FUENTE
V
W
Vrem
Vrem
31
A. GARDUÑO GARCÍA
MÉTODO DEL MOTOR SEPARADO.
4º.-Se excita al generador y se obtiene la curva de saturación,
MOTOR
GENERADOR
A
FUENTE
% vn
W
V
V
ns
V
130
La potencia de entrada suministra las
pérdidas mecánicas, magnéticas del motor y
las perdidas mecánicas y magnéticas del
generador igual con D.
Característica de vacío.
Iexc
32
A. GARDUÑO GARCÍA
MÉTODO DEL MOTOR SEPARADO.
De (2) Pmagnéticas y mecánicas del motor= A.
En (3) , [A + Pmecánicas del generador ] = B,
Pmecánicas del generador = B – A = C
De (4)
Pmagnéticas del generador = D - B
Pérdidas
Pérdidas mecánicas del generador
C
Vn
33
A. GARDUÑO GARCÍA