TEMA 3.5: Generadores síncronos · Procedimiento para la conexión de generadores síncronos en...

EL SISTEMA ELÉCTRICO DEL AVIÓN: GENERACIÓN EN ACETSEIATDepartament d’Enginyeria Elèctrica

J. Montañá

TEMA 3.5: Generadores síncronos

J. Montañá

De las maquinas eléctricas rotativas, la máquina síncrona es la que ofrece mejoresprestaciones para la generación.

Su constitución es inversa a la máquina de CC. La máquina síncrona tiene el inductor en elrotor y el inducida en el estator.

Al tener el inductor en el rotor, este se debe alimentar en CC y son necesarias escobillas yanillos rozantes. También existen máquinas síncronas que no necesitan escobillas, poeejemplo las de imanes permanentes.

El estator está formado por tres devanados uniformemente distribuidos y desfasados entresí 120º.

A nivel constructivo se dividen en: Rotor liso. Rotor de polos salientes.

3.5.1 Máquinas síncronas: Generalidades

J. Montañá

•Constructivamente:

• Devanado inductor construido en forma de arrollamiento concentrado obien distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua que da lugara los polos de la máquina.

•Devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico el cualva a estar recorrido por corriente alterna.

J. Montañá

El inductor

Rotor de polos salientesRotor de polos salientesRotor lisoRotor liso

J. Montañá

El inductor

Rotor de polos salientesRotor de polos salientes Rotor lisoRotor liso

J. Montañá

El inductor3.5.1 Máquinas síncronas: Generalidades

J. Montañá

Clasificación: Máquinas síncronas de polos salientesMáquinas síncronas de rotor liso (turboalternadores)

J. Montañá

•Con el giro del inductor se crea un campomagnético giratorio.

•Este campo magnético induce fem’s (tensiones)en los tres devanados del estator (o inducido).

•Las tensiones inducidas están desfasadas 120ºdebido al ángulo geométrico con que estáncolocadas.

3.5.2 Máquinas síncronas: fem

J. Montañá

Suponiendo una máquina síncrona de dos polos, la frecuencia de la tensión inducidacorresponde con la velocidad de giro de la máquina.

J. Montañá

Los devanados del estator se pueden conectar en estrella o en triangulo dependiendo de las tensiones de salida deseadas

J. Montañá

Máquina de 2 polos (p=1)

Máquina de 4 polos (p=2)

p: nº de pares de polos

n: rpm

: rad/s

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Para 400 Hz:

• 2 polos 24000 rpm

J. Montañá

Tensión eficaz por fase

dttdNte f)()(

)sin(ˆ)( tt )sin(ˆ)( t

dtdNte f )cos(ˆ)( tNte f

)cos(2ˆ)( tpfNte f

)cos(ˆ)( tEte f

2EEERMS p

fNE f 22ˆ

pfNE f ˆ44.4

J. Montañá

•La amplitud de la tensión de salida depende del flujo.

•El flujo depende a su vez de la corriente de excitación del inductor.

•La frecuencia de las tensiones y corrientes de salida dependen de la velocidadde rotación y el número de polos.

pkfNE m

f ˆ44.4

)cos(ˆ)( tEte sf

Frecuencia de las tensiones y corrientes de salida Velocidad de la turbinaNúmero de polos (fijo)

Amplitud de las tensiones de salida Corriente de excitación

9.085.0 mk

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jXs Rs A

Funcionamiento como generador

E k N f

V E R jX I

Este estudio corresponde a una fase.

500 1000 1500 2000

18kV 390MVA

3000RPM

Tensión en vacío V

3.5.3 Máquinas síncronas: características

J. Montañá

jXs Rs A

CargaU

Carga resistiva

Carga Inductiva

Carga capacitiva

P E I E I

P V I V I

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jXs Rs A

J. Montañá

jXs Rs A

J. Montañá

La regulación de un generador síncrono trabajando de manera independiente,tiene por objetivos:

Mantener el nivel de tensión de salida.Normalmente actuando sobre la excitación de la máquina.

Mantener la frecuencia constante.En este caso se actúa sobre la velocidad de giro.

3.5.3 Máquinas síncronas: regulación

J. Montañá

La conexión de generadores síncronos en paralelo requiere de:

Igual secuencia de fases. Igual tensión de salida. Igual frecuencia. Igual fase.

Aunque existen aeronaves que conectan en paralelo varios generadores, latendencia actual es que cada generador trabaje de forma independiente. Cada unoalimenta partes concretas del sistema.

3.5.4 Máquinas síncronas: conexión en paralelo

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Procedimiento para la conexión de generadores síncronos en paralelo:

1. En primer lugar se hacen trabajar a los generadores en vacío demanera independiente.

2. En estas condiciones, se regula su tensión y su velocidad hastaobtener los valores deseados (E y f).

3. La velocidad de giro del segundo generador debe ser ligeramentesuperior a la del primero en el momento de la conexión.

4. Conseguir la misma fase en los dos generadores no es fácil. Lonormal es que ocurra lo siguiente.

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Procedimiento para la conexión de generadores síncronos en paralelo:

5. El momento de conexión es en M1, M2 o M3 (igual tensión).6. Después de un periodo transitorio, ambos generadores proporcionarán

las mismas tensiones, a igual frecuencia, valor eficaz y fase.7. Una vez acoplados, es necesario realizar un ajuste en el reparto de

cargas. Ambos generadores deben aportar la misma potencia activa yreactiva.

8. Para regular la potencia activa se actúa sobre la velocidad.9. Para regular la potencia reactiva se actúa sobre la excitación.

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Máquinas clásicas:

3.5.5 Máquinas síncronas: excitación

J. Montañá

3.5.5 Máquinas síncronas: excitaciónMáquina sin escobillas (dos etapas)

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Máquina sin escobillas (tres etapas)3.5.5 Máquinas síncronas: excitación

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IDG: Integral Drive Generator

CSD: Constant Speed Drive

3.5.5 Máquinas síncronas: CSD-IDG

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VOLTS 120/208,FREQUENCY 395/405,SPEED RPM 7900-8100, PH 3, KVA 20, P.F. 0.75,

3.5.6 Máquinas síncronas: CSD-IDG

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Ejemplos

M.Tooley and D. Wyatt, Aircraft Electrical and Electronic Systems. Principles, Maintenance and Operation. Elsevier, 2009.

Generador principal de corriente alterna montado en el compartimiento del motor .

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Ejemplos

Indicación de los conductores.

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Ejemplos

APU montado en la cola de un avión.

Generador trifásico (AC)

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Ejemplos

Panel surperior con indicaodres del generador principal y APU. El panel proporciona el estdo del sistema de generación y de los buses de AC y DC

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