MÁQUINAS SINCRÓNICAS. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. Introducción: Sistema de generación de...

MÁQUINAS SINCRÓNICAS

PRINCIPIODE FUNCIONAMIENTO.

Introducción:

Sistema de generación de energía eléctrica

Aspectos constructivos:

•Devanado trifásico en el estator.•Rotor alimentado con corriente continua mediante anillos deslizantes.

Estructura básica de una máquina sincrónica: a) estator trifásico; b) rotor de polossalientes; c) rotor cilíndrico; d) dibujo simbólico; e) circuito esquemático del estator y elRotor.

Estator de una máquina sincrónica.

Máquina Sincrónica Rotor Polos Salientes

• Se usa en máquinas de baja velocidad (gran número de polos).

• Se usa con turbinas hidráulicas (centrales hidroeléctricas)

Máquina Sincrónica Rotor Polos Cilíndricos

• Se usa en máquinas de alta velocidad (2 a 4 polos).

• Se usa con turbinas de gas o vapor. (Centrales térmicas).

Aspectos cosntructivos

Principio de funcionamientoMotor sincrónico:

· Rotor alimentado con corriente continua produce campo Bf stacionario con respecto al rotor.

· Estator alimentado con corrientes trifásicas produce un campo giratorio a la velocidad:

Interacción de campos en una máquina sincrónica

• El motor sincrónico desarrolla Tel = 0 cuando :

Wr= WsincWr: Velocidad del rotor.

• El motor sincrónico no puede arrancar en forma autónoma.

Característica velocidad-torque del motor sincrónico

· El campo giratorio Bf induce tensiones trifásicas en el estator con unafrecuencia:

f = P*Wr/2*π

f : frecuencia de las tensiones inducidas en el estator.wr : velocidad de giro del rotorp : número de pares de polos.

· Al conectar carga trifásica circulan corrientes trifásicas por el devanado del estator Þ aparece un campo giratorio de reacción del estator.

· El campo giratorio producido por las corrientes del estator es el campo de reacción del inducido.

· Devanado inductor (el que induce las tensiones) es el rotor.

· Devanado inducido (donde se inducen las tensiones) es el estator.

· El campo resultante es la suma del campo excitador producido por el rotor y delcampo de reacción del inducido.

MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR CILÍNDRICO EN ESTADOESTACIONARIO.

Definición de coordenadas. El campo excitador del rotor.

Para deducción de circuito equivalente es conveniente estudiar las relaciones de campo en separación de aire.

-Tres campos principales desfasados temporalmente en 120º --> campo rotatorio en entrehierro a frecuencia f --> corresponde con velocidad de giro de la turbina.

-Desfase entre campo rotatorio en estator y rotor (no existe velocidad relativa !!!). Angulo de potencia, de carga, de torque.

-Simetría en construcción --> cada bobina supone una inductancia principal ydistribuida

Modelo Equivalente en Estado Estacionario MS

Resistencia de Bobina en la mayoría de los casos se desprecia:

-Pérdidas óhmicas en embobinados de Estator y Rotor

-Pérdidas de fierro en el Estator (c. parásitas, histéresis

Circuito equivalente por fase del estator.

Circuito equivalente por fase completo.

Circuito equivalente por fase simplificado.

Diagrama fasorial de un generador sincrónico alimentando a una carga ZL

La característica potencia ángulo. M.S. rotor cilindrico

El torque eléctrico.

CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN.

-Diagrama fasorial en estado estacionario para caso de conexión a barra infinita -->Va, f independiente de Ia .

Máquina sincrónica conectada a barra infinita -De la geometría del diagrama fasorial se deduce (valores en pu):

En magnitudes físicas

•Operación en vacío --> δ = 0 δ>0 aumenta carga en el sistema δ<0 operación como motor (centrales de bombeo)

•Si VN y E son constantes. --> PG varía con δ

•Condición para generar o absorber reactivosQ<0 --> máquina subexcitadaQ>0 --> máquina sobreexcitada

Generadores en red propia

Operación con carga inductiva Operación con carga capacitiva

Operación con carga resistiva

Tipos de operación de los G.S.

Regulación:

Reg = 100 x (E – Va)/Va

Red Infinita- Es la realización práctica de la fuente ideal de tensión.- Se obtiene conectando generadores en paralelo.

- Barra Infinita: es un sistema eléctrico tan grande que para todos los efectos eléctricos es equivalente a un generador síncrono de inercia infinita.

- Variación de Tmcambia en forma mínima frecuencia de red.- Voltaje constante V en bornes del generador --> no controlable por Ir

Generador conectado a impedancia única (operación en isla)

-Aumento Tm--> aceleración rotor --> aumento frecuencia-Aumento Tm--> aceleración rotor --> crece voltaje inducido -> Potencia activa, Potencia reactiva-Aumento Ir--> aumento voltaje en bornes --> influencia sobre Potencia Activa y Potencia Reactiva

a) Generadores conectados en paralelo; b) Equivalente Thevenin.

Red infinita: a) símbolo; b) característica frecuencia-potencia; c) característicatensión corriente.

Operación de la máquina sincrónica conectadaa la red infinita.

Sincronización de un generador con la redinfinita.