Generadores sin crono
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Este documento presenta información sobre generadores síncronos. Explica que estos generadores transforman energía mecánica de rotación en energía eléctrica y son los principales generadores de energía en las redes eléctricas. Describe su operación básica, el control de velocidad, potencia, voltaje y frecuencia, la operación de dos generadores en paralelo, y el efecto de cargas resistivas e inductivas.
Generadores sin crono
- 1. Ministerio de educación Colegio: Instituto Procesional y Técnico de David Generadores Síncrono Materia: Producción y Distribución Profesor: Rodolfo Caballero Estudiantes: Milciades Patiño Grupo: XII°E Electricidad 2013 Índice: Introducción
- 2. Generadores Síncrono Operación Básica Control de velocidad, potencia, voltaje y frecuencia Operación de dos generadores en paralelo Carga Resistiva Carga inductiva Conclusiones Bibliografía
- 3. Introducción: En este trabajo presentaremos el Generador Síncrono, o también llamado Alternador, este es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. Los generadores síncronos son los encargados de generar la mayor parte de la energía eléctrica consumida en la red, y su respuesta dinámica resulta determinante para la estabilidad del sistema después de una perturbación. Por ello, para simular la respuesta dinámica de un sistema eléctrico es imprescindible modelar adecuadamente los generadores síncronos.
- 4. GENERADORES SÍNCRONO El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatoricos. *Operación Básica El principio de funcionamiento de un G.S se basa en la ley de Faraday. Para crear tensión inducida en el circuito de armadura (estator), debemos crear un campo magnético en el rotor o circuito de campo, esto lo lograremos alimentado el rotor con una batería, este campo magnético inducirá una tensión en el devanado de armadura por lo que tendremos una corriente alterna fluyendo a través de él. Al operar como generador, la es suministrada a la máquina por la aplicación de un torque y por la rotación del eje de la misma, una fuente de energía mecánica puede ser, por ejemplo, una turbina hidráulica, a gas o a vapor. Una vez estando el generador conectado a la red eléctrica, su rotación es dictada por la frecuencia de la red, pues la frecuencia de la tensión trifásica depende directamente de la velocidad de la máquina. Para que la máquina síncrona sea capaz de efectivamente convertir energía mecánica aplicada a su eje, es necesario que el enrollamiento de campo localizado en el rotor de la máquina sea alimentado por una fuente de tensión
- 5. continua de forma que al girar el campo magnético generado por los polos del rotor tengan un movimiento relativo a los conductores de los enrollamientos del estator. Debido a ese movimiento relativo entre el campo magnético de los polos del rotor, la intensidad del campo magnético que atraviesa los enrollamientos del estator irá a variar el tiempo, y así tendremos por la ley de Faraday una inducción de tensiones en las terminales de los enrollamientos del estator. Debido a distribución y disposición espacial del conjunto de enrollamientos del estator, las tensiones inducidas en sus terminales serán alternas senoidales trifásicas. La corriente eléctrica utilizada para alimentar el campo es denominada corriente de excitación. Cuando el generador está funcionando aisladamente de un sistema eléctrico (o sea, está en una isla de potencia), la excitación del campo irá a controlar la tensión eléctrica generada. Cuando el generador está conectado a un sistema eléctrico que posee diversos generadores interligados, la excitación del campo irá a controlar la potencia reactiva generada. *Control de velocidad, potencia, voltaje y frecuencia Regulador de Tensión (Avr): El regulador automático de voltaje, proporciona una extinción al rotor, el rotor debe tener un campo magnético constante en cuanto a la dirección de sus líneas magnéticas (no en cuanto a intensidad del campo) y este se logra excitándolo con corriente directa (alterna rectificada) la corriente alterna generada por el generador, debe ser de una frecuencia constante 60hz; y para eso el rotor siempre gira a la misma velocidad independientemente de que carga este produciendo (se mide en megawatts) no en voltaje, como los requerimientos de carga (consumo de la energía producida) son variables, la generación de megawatts es variable a frecuencia y voltaje constante, si no tienes un regulador automático de voltaje (llamado AVR en ingles) esto no se puede lograr. Regulador de Velocidad (Ras): No hemos de confundir estos dispositivos con los reguladores de tensión de los alternadores, pues si bien actúan al unísono sobre el grupo, como elementos
- 6. reguladores que son, sus funciones, aunque relacionadas, están perfectamente delimitadas. Según lo manifestado hasta el momento, deducimos que todo regulador de velocidad es el mecanismo, de distinta índole, destinado a conseguir, en cualquier circunstancia, el equilibrio de los trabajos motor y resistente presentes en una turbina, manteniendo, sensiblemente constante, la velocidad de sincronismo del grupo ante todas las cargas solicitadas, protegiéndole, además, contra velocidades excesivas que pudieran surgir. Como dato significativo diremos que si dispusiésemos de un motor Diesel sobre el cual no actuase ningún regulador de velocidad, se fragmentaría en pedazos, en el instante que quedase bruscamente sin carga. Es elevado el número de las distintas marcas y tipos de reguladores automáticos instalados en las centrales hidráulicas, por destacadas casas constructoras, especializadas en la fabricación y montaje de los mismos. Estimamos que hacer un estudio detallado de cada uno de ellos sería una labor ardua por nuestra parte, y tediosa para el lector, al tener que seguir un texto con exhaustivas explicaciones descriptivas de los distintos elementos, componentes y los interminables, e inevitables, párrafos sobre el modo de operar de los mismos. Por ello recomendamos a las personas interesadas en el tema que una vez estudiado lo que aquí se expone, se informen y documenten en la central correspondiente, sobre el tipo de regulador que se encuentra instalado en la misma, y realicen el estudio oportuno siguiendo los planos descriptivos y las normas al respecto. Tengamos presente que determinadas industrias, para el funcionamiento de sus complicadas instalaciones, requieren un suministro de energía eléctrica con unos valores muy exactos de la frecuencia y de la tensión. Por lo tanto, los reguladores deben de responder a unas exigencias de sensibilidad, estabilidad y seguridad muy precisas. *Operación de dos generadores en paralelo En la actualidad es raro encontrar la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga. Esto sólo se lo puede encontrar en aplicaciones tales como los generadores de emergencia.
- 7. Con objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están conectadas entre sí en paralelo, por medio de líneas de transporte y distribución. La red así constituida representa un generador gigantesco en el que prácticamente la tensión y la frecuencia se mantienen constantes. Esto se debe a que sobre esta gran red, la introducción de un nuevo generador no altera los parámetros básicos anteriores, por representar una potencia muy reducida frente al conjunto total. Resumen de Reglas para poner en paralelo a los GS: Tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la perdida tola de potencia en la carga. Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos. Se utiliza un solo generador y este opera cerca de plena carga, entonces será relativamente ineficiente. Con varias máquinas más pequeñas trabajando en paralelo, es posible operara solo una fracción de ellas. Las que están operando lo hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera más eficiente. Si el interruptor se cierra de manera arbitraria en cualquier momento, es posible que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectan juntos, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara. En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a" y así en forma sucesiva para las fases b-b' y c-c'.
- 8. Para lograr esto se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo: • Deben de ser iguales los voltajes de línea rms. • Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase. • Los ángulos de fase de lasdos fases deben de ser iguales. • La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un poco mayor que la frecuencia del sistema en operación. Fig. 1: Generador que se conecta en paralelo con un sistema de potencia en operación Estas condiciones de puesta en paralelo requieren ciertas explicaciones. La condición 1 es obvia: para de dos grupos de voltajes sean idénticos, deben tener la misma magnitud de voltaje rms. Los voltajes en las fases a y a" serán completamente idénticos en todo momento si ambas magnitudes y sus ángulos son iguales, lo que explica la condición. La condición 2 asegura que la secuencia en la que el voltaje de fase llegue a su pico en los dos generadores sea la misma. Si la secuencia de fase es diferente en la figura 2a entonces aun cuando un par de voltajes (los de fase a) estén en fase, los otros dos pares de voltajes estarán desfasados por 120º. Si se conectan los generadores de esta manera, no habrá problema con la fase a, pero fluirá enormes corrientes en las fases b y c, lo que dañara ambas maquinas. Procedimiento general para conectar generador en paralelo: • Primero: utilizando voltímetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximación hasta que su voltaje en los terminales sea igual al voltaje en línea del sistema en operación.
- 9. • Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. Existen muchas forma de comprobar esto una de ellas es conectar alternativamente un pequeño motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la misma dirección en ambas ocasiones, entonces, entonces la secuencia de fase es la misma en ambos generadores. Si el motor gira en direcciones opuestas, entonces las secuencias de fase son diferentes y se deben invertir dos de los conductores del generador en aproximación. Otra manera simple es el método de las tres lámparas incandescentes, la operación comienza arrancando la maquina por medio del motor primario (turbina, diésel, etc.) teniendo en cuenta que deben prender y apagar al mismo tiempo las tres lámparas esto indica que existe la misma secuencia de fase, si prenden y apagan muy rápido esto es debido a que tiene diferentes frecuencias esto se arregla subiendo la velocidad del primario motor, esto se hace aumentando el flujo con el reóstato de campo, si prenden y apagan en desorden esto indica que no tienen la misma frecuencia de fases esto se hace intercambiando la secuencia de fases del alternador hacia la red. *Carga Resistiva El flujo producido por los polos del rotor y el producido por las corrientes del inducido están desfasados. Generando así una distorsión del campo resultante. Si tuviéramos un generador síncrono con una carga resistiva, le aplicamos otra con el mismo f.d.p. (f.d.p.=1), y teniendo en cuenta las mismas restricciones que en el caso anterior, podemos observar en el diagrama fasorial que el valor de decrece ligeramente.
- 10. *Carga inductiva En este caso los flujos aparecen en sentido contrario. Produciendo un efecto desmagnetizante, es decir que los flujos se restan; y además produciendo que los polos inducidos de igual nombre estén enfrentados. supongamos que colocamos una carga con una f.d.p. en atraso y le adicionamos otra con el mismo f.d.p.; podemos observar que el valor de aumenta pero mantiene el mismo ángulo de desfase con respecto a entonces tenemos un incremento en el valor de que como ya dijimos antes, debe conservar el mismo ángulo de desfase con respecto a y ya que el valor de es constante, entonces se produce una disminución en el valor de tal como se muestra en el siguiente diagrama fasorial. *Carga capacitiva pura En este caso los flujos tienen igual sentido. Dando como consecuencia un efecto magnetizante, es decir que los flujos se van a sumar; y los polos inducidos contrarios enfrentados. Del mismo modo que en los casos anteriores, si colocamos una carga con f.d.p. en adelanto, y le agregamos otra con el mismo f.d.p. notamos que el valor de se incrementa realmente, es decir se produce un aumento de la tensión en sus terminales, tal como vemos en el diagrama fasorial.
- 11. Conclusiones Se debe tener mucha cautela con los valores de corriente y voltaje para no dañar la maquina ya que es posible que la línea a la que nos deseamos acoplar supero el voltaje que puede producir nuestro alternador en este caso no se debe de acoplar ya que la maquina resentiría y reduciríamos la vida útil de ella, las lámparas se conectan con criterio no podemos conectar la lámpara que va de la fase uno a la fase dos teniendo en cuenta que si las lámparas no prenden adecuadamente es recomendable cambiar las fases y no mover las lámparas, si se acopla mal la maquina actuara como motor pudiendo romper la flecha. Para ajustar la repartición de potencia real entre los generadores sin cambiar (frecuencia del sistema), se deben incrementar simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador en un generador al mismo tiempo que se disminuyen los puntos de ajuste en el mecanismo regulador del otro generador. La máquina cuyos puntos de ajuste del mecanismo regulador se incrementa alimentara más carga. Para ajustar sin cambiar la repartición de potencia total, se deben incrementar o disminuir simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador de los generadores. Para ajustar la repartición de potencia reactiva entre generadores sin cambiar VT, se debe incrementar de manera simultánea la corriente de campo de un generador a la vez que se disminuye la corriente de campo en el otro. La máquina cuta corriente de campo se incrementa alimentara más carga. Para ajustar VT sin cambiar la repartición de potencia reactiva, se debe incrementar o disminuir de manera simultánea las corrientes de campo de ambos generadores.