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LA MÀQUINA SINCRÒNICA
EL GENERADOR SINCRÒNICO
TRABAJA A VELOCIDAD Y FRECUENCIA CONSTANTES.
LA FRECUENCIA ELÉCTRICA PRODUCIDA ESTA SINCRONIZADA
CON LA VELOCIDAD DE LA MÁQUINA
ALTERNADOR SINCRÓNICO
EXCITATRIZ
TERMINALES
GENERADOR
COJINETES
DEVANADO DE CAMPO o INDUCTOR
DEVANADO DE ARMADURA
TURBINA
ESQUEMA BÁSICO ESTATOR
DEVANADO DEL ESTATOR O DE ARMADURA.
ROTOR
DEVANADODE CAMPO
ANILLOS DE CONEXIÓN A LA EXCITATRIZ
S = Estator, R = Rotor, 1 = conductores de estator, 2 = conductores de rotor, 3 = entrehierro.
A=eje, C=carcasa, R=rotor, S=estator, T=entrehierro, Cr=conductores de rotor, Cs=conductores de estator, Ms=mordaza de estator, Mr=mordaza de rotor, sp=escobillas, an=anillos.
CORTES DE MÁQUINA DE ROTOR
CILÍNDRICO
MÁQUINA DE ROTOR DE POLOS SALIENTES
ESQUEMA DE UN GENERADOR TRIFÁSICO EN Y
ROTOR
ESTATOR
USO MAYOR, COMO GENERADORES
EL CAMPO ROTACIONAL DEL ROTOR, O CAMPOPRINCIPAL, INDUCE TENSIONES TRIFÁSICAS
EN EL ESTATOR.
EL ROTOR GIRA POR ACCIÒN EXTERNA (TURBINA) Y AL SER ALIMENTADO POR UNA CORRIENTE CONTINUA PRODUCE UN CAMPO MAGNÈTICO
CONSTANTE Y ROTACIONAL.
LA VELOCIDAD DEL ROTOR ES IGUALA LA VELOCIDAD DEL CAMPO ROTACIONAL
PRODUCIDO EN EL ESTATOR. (SINCRONISMO)
RESUMEN
FORMAS DE EXCITACIÓN
POR MEDIO DE UNA FUENTE DE CC EXTERNA Y ANILLOS ROZANTES Y ESCOBILLAS.
POR MEDIO DE UNA EXCITATRIZ. QUE ES UNA MÁQUINA QUE PRODUCE CC, ACOPLADA AL
EJE DEL GENERADOR. (independiente)
POR RECTIFICACIÓN DE LA SALIDA DEL MISMO ESTATOR. (autoexcitado)
POR MEDIO DE 2 EXCITATRICES SINCRÓNICAS CON RECTIFICACIÓN. SIN ESCOBILLAS.
De imanes permanentes: última tecnología
MODERNA EXCITACIÓN DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA
INDUCIDO
CAMPO
GENERADORES DE LA CENTRAL DEL RÍO MAYO
EXCITATRIZ
ANILLOS ROZANTES
COLECTOR O RECTIFICADOR MECÁNICO
TURBINA GENERADOR EXCITATRIZ
EXCITARTIZ
ANILLOS ROZANTES Y CIRCUITO DE EXCITACIÒN
ROTOR DE ALTERNADOR, EXCITATRIZ Y VOLANTE.
ROTOR
EXCITARIZ
VOLANTE
ANILLOS ROZANTES
ESTATOR
ESTATOR EN MONTAJE SOBRE EL ROTOR.
ESTATOR
TIPOS DE CORRIENTE GENERADA
ALTERNA MONOFÁSICA: UN SOLO DEVANADO EN EL ESTATOR.
ALTERNA BIFÁSICA: DOS DEVANADOS EN EL ESTATOR SEPARADOS 90
GRADOS.
ALTERNA TRIFÁSICA: TRES DEVANADOS SEPARADOS 120 GRADOS.
ESQUEMAS BÀSICOS. POLOS SALIENTES EN ROTOR
POLOS SALIENTES
POLO DEL ROTOR
ARR. CAMPO
ESQUEMAS BÁSICOS. POLOS LISOS
ROTOR CILÌNDRICO O DE POLOS LISOS
ROTOR
ARROLLAMINETO DE CAMPO DC
3000 RPM o 1500 RPMHASTA 1500 MVA
HASTA 750 RPM HASTA 200 MVA
Esquemas de
ROTORES DE POLOS SALIENTES
ROTORES CILÍNDRICOS.
ROTOR DE POLOS SALIENTES
PEQUEÑA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
DIAGRAMA VECTORIAL DEL GENERADOR DE ROTOR CIRCULAR.
DIAGRAMA VECTORIAL DEL GENERADOR DE POLOS SALIENTES.
TIPOS DE ROTOR Y MODELAMIENTO
EN EL CASO DEL ROTOR DE POLOS SALIENTES EL CAMPO ES MENOS UNIFORME Y SIMÉTRICO, DADO
QUE EL ENTREHIERRO NO ES UNIFORME.
ESTO HACE QUE LA RELUCTANCIA DEL CIRCUITO SEA DIFERENTE EN UNO Y OTRO CASO.
POR ESO SE CONSIDERA QUE EL MODELAMIENTO DEBE CONTEMPLAR QUE LA REACCIÓN DE INDCIDO EN LA MÁQUINA DE POLOS SALIENTES TENGA DOS
COMPONENTES, EN LUGAR DE UNA COMO EN LA MÁQUINA DE ROTOR LISO.
-POTENCIAS NOMINALES HASTA 1500 MVA.
-TENSIONES GENERADAS HASTA 25- 30 KV.
-POTENCIA DE EXCITACÍÓN: 2% DE LA NOMINAL Y TENSIONES HASTA 1 KV. -ROTOR CILÍNDRICO CON TURBINAS DE VAPOR O GAS. (1500 A 3000 RPM)
-ROTOR DE POLOS SALIENTES EN HIDRÁULICAS. MENORES
VELOCIDADES. ( 100 A 750 RPM)
VELOCIDAD DEL GENERADOR SINCRÒNICO
nm P120
fe =
nm = VELOCIDAD DEL CAMPO PRINCIPAL O DEL ROTOR EN rpm O VELOCIDAD DEL
ROTOR
P = NÙMERO DE POLOS.
fe = FRECUENCIA ELÈCTRICA DE LA TENSIÓN INDUCIDA
VOLTAJE EFICAZ GENERADO O FEM GENERADA
V ef = Ea = 2 π Nc Ø f
V ef = Ea = k Ø wLA TENSIÒN GENERADA DEPENDE
PROPORCIONALMENTE DEL FLUJO Y DE LA VELOCIDAD.
PERO EL FLUJO DEPENDE DE LA CORRIENTE DE EXITACIÒN.
FINALMENTE INFLUYE EL TIPO DE CONEXIÓN
VOLTAJE GENERADO EN LOS DEVANADOS DEL ESTATOR
ELVOLTAJE GENERADO POR DEL GENERADOR/ESTATOR DEPENDE DE:
LA FUERZA DEL CAMPO MAGNÉTICO EN EL ROTOR, QUE DEPENDE DE LA CORRIENTE DE CAMPO. (Iexc, Ø)
LA VELOCIDAD DE LA MÁQUINA. ( nmaq )
DE LAS CARACTERISTICAS DE CONSTRUCCIÓN. LA LONGITUD Y AREA TOTAL DE CADA CONDUCTOR EXPUESTO AL CAMPO MAGNÉTICO, ESTO PUEDE
INCLUIR EL IMPACTO ADITIVO DE MÚLTIPLES VUELTAS EN SERIE DE LOS DEVANADOS DEL
ESTATOR.
Ø, Ea
i exci
RELACIÒN DE VOLTAJE GENERADO Y FLUJO vs CORRIENTE DE CAMPO
CURVA DE MAGNETIZACIÒN O DE CIRCUITO ABIERTO.
Emax
SATURACIÒN DEL HIERRO
ENSAYO A W, CONSTANTE
LA REACCIÓN DE INDUCIDOEN VACÍO: SOLO SE PRESENTA EL FLUJO
POLAR DE LA FMM EN EL ROTOR. ES EL CAMPO PRINCIPAL.
EN CARGA: APARECE UNA CORRIENTE EN EL ESTATOR, INDUCIDO O ARMADURA QUE
FORMA OTRA FMM DADO QUE SE FORMA UN CAMPO GIRATORIO EN EL ESTATOR, QUE REACCIONA CON EL CAMPO PRINCIPAL .
EL FLUJO RESULTANTE, ES EL RESULTADO DE LA INTERACCIÓN DE LOS DOS FLUJOS, Br Y Bs.
DISTORCIÓN EN EL CAMPO DEL ENTREHIERRO
SI SE REPRESENTAN LOS CAMPOS DEL INDUCTOR Y DEL INDUCIDO TENDREMOS LOS SIGUIENTES GRÁFICOS ( PAR vs Angulo)
EL CAMPO PRINCIPAL Y LA REACCIÓN DE INDUCIDO EN UNA MÁQUINA
SENCILLA.
PRODUCCIÓN DE LA
REACCIÓN DE INDUCIDO
EFECTOS DE LA REACCIÓN DE INDUCIDO
SI SE TRATA DE UN GENERADOR O MOTOR:
• ALTERA LA MAGNITUD DEL CAMPO PRINCIPAL O Y LO DEFORMA.
•DESPLAZA LA ZONA NEUTRA.
•DISMINUYE LA FEM O EL PAR POR EFECTOS DE DESMAGNETIZACIÓN.
•AUMENTA LAS PÈRDIDAS EN EL HIERRO.
EFECTOS DE LA REACCIÓN DE INDUCIDO EN EL GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA
DEPENDE DEL TIPOS DE CARGA:
CARGA RESISTIVA PURA
CARGA CAPACITIVA
PURA
CARGA INDUCTIVA PURA
SE MANIFIESTA COMO UN PAR RESISTENTE O FRENO
SE MANIFIESTA COMO UN EFECTO “DESMAGNETIZANTE”
SE MANIFIESTA COMO UN EFECTO “MAGNETIZANTE”
LAS CARGAS REALES ESTÁN LEJOS DE ESTAS POSICIONES EXTREMAS DE CARGA.
EL VOLTAJE INTERNO GENERADO O FEM, ES DIFERENTE AL VOLTAJE EN
LOS TERMINALES:
1. POR LA REACCIÓN DE INDUCIDO.2. POR LA AUTOINDUCTANCIA DE
LAS BOBINAS DEL ESTATOR.3. POR LA RESISTENCIA DE LAS
BOBINAS DEL ESTATOR.4. POR LA FORMA DE LOS POLOS DEL
ROTOR.
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL GENERADOR SINCRÒNICO
QUE VAMOS A MODELAR:
DISTORCIÒN DEL CAMPO MAGNÈTICO DEL ENTREHIERRO POR LA REACCIÒN
DE INDUCIDO. (CAIDA POR X)
LA AUTOINDUCTANCIA DE LAS BOBINAS DEL ESTATOR. (CAÌDA POR XL)
LAS PÈRDIDAS ELÈCTRICAS EN LAS BOBINAS.
EFECTOS DE FORMA DE LOS POLOS SALIENTES DEL ROTOR.
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL GENERADOR SINCRÓNICO POR FASE.
CIRCUITO DE EXCITACIÒN
CIRCUITO DEL ESTATOR (ARMADURA o INDUCIDO)
Rexe VARIABLE Xs, REACTANCIA SINCRÒNICA
VØFEM GENERADALexi
LA REACTANCIA SINCRÒNICA Xs
Xs = XL + XRI
REACTANCIA POR AUTOINDUCTANCIA
DEL ARROLLAMIENTO
DE ESTATOR.
MODELAMIENTO DE REACCIÒN DE INDUCIDO POR MEDIO DE UNA REACTANCIA.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR TRIFÁSICO
Lexi
CIRCUITO
EQUIVALENTE
DE UN
GENERADOR
SINCRÒNICO
TRIFÀSICO.
R PROPIA DEL DEVANADO DEL ROTOR
R VARIABLE DEL CAMPO
DIAGRAMAS FASORIALES DE V e I EN EL GENERADOR SINCRÓNICO EN CARGA
Ia Ia*Ra
Ia*Xs
EaCARGA
RESISTIVA
cos φ = 1
VØ= Ea - j IaXs – Ia Ra
VØ = TENSIÓN EN BORNESEa = FEM
GENERADA
Ea= V+Ia(Ra+jXs)
V
DIAGRAMAS FASORIALES DE V e I EN EL GENERADOR SINCRÓNICO
IaVØ
Ia*Ra
Ia*Xs
EaCARGA REACTIVA
CARGA CAPACITIVA
IaIa*Ra
Ia*XsEa
VØ
VØ= Ea - j IaXs – Ia Ra VØ = TENSIÓN EN
BORNESEa = FEM
GENERADA
Ea= V+j(Ra+jXs)
CONVERSIÒN DE POTENCIA= Ea Ia cos γ
γ = ENTRE Ea e Ia
(MECÀNICAS)
VT, VOLTAJE DE LÍNEA
EL ÁNGULO DE POTENCIA, LA REACTANCIA SINCRÓNICA Y LA POTENCIA ACTIVA DE UN GENERADOR SINCRÓNICO
CONECTADO AUNA BARRA INFINITA.
Vφ = VOLTAJE DE FASE EN LOS TERMINALES DEL GENERADOR
Ea = FEM INDUCIDA POR FASE EN EL ESTATOR DEL GENERADOR
δ = ÁNGULO DE POTENCIA. ÁNGULO ENTRE Vφ y EaXs = REACTANCIA SINCRÓNICA
EL ÁNGULO DE POTENCIA, LA REACTANCIA SINCRÓNICA Y LA POTENCIA MÁXIMA DE UN GENERADOR SINCRÓNICO
SI SE SUPONE QUE Xs, ES MUCHO MAYOR QUE Ra, ENTONCES EL DIAGRAMA FASORIAL QUEDA:
Ea sen δ =jXs cos θ
EL ÁNGULO DE POTENCIA, LA REACTANCIA SINCRÓNICA Y LA POTENCIA MÁXIMA DE UN GENERADOR SINCRÓNICO
δ= ANGULO DE POTENCIA (ENTRE 15 Y 20° EN
OPERACIÓN NORMAL). MAXIMO, 90°
Ea sen δ =jXs IAcos θ
LÍMITE DE ESTABILIDAD ESTÁTICA
ENSAYOS DE VACÌO Y CORTOTRES INFORMACIONES A CONSEGUIR:
RELACIÒN ENTRE FLUJO O TENSIÓN EN VACÍO Y CORRIENTE DE EXCITACIÒN
LA REACTANCIA SINCRÒNICA.
RESISTENCIA DEL INDUCIDO.
CON EL ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO A VELOCIDAD NOMINAL, SE OBTIENE LA PRIMERA.
EL ENSAYO DE CORTO CIRCUITO, ENTREGA LOS OTROS DOS PARÀMETROS. CASO Xs>>>Ra.
Ra PUEDE CALCULARSE CON ENSAYO CON CC.
VACIO
CORTO
ENSAYO EN VACÌO
•A VELOCIDAD NOMINAL
•SE INCREMENTA LA IF o Iexc POCO A POCO DESDE 0.
•SE MIDE LA TENSIÓN EN LOS TERMINALES. VØ = EA
V
ENSAYO EN VACÌOEN VACÌO:
Si, IA = 0 VØ = EA
Ø, E
i exci
RELACIÒN DE VOLTAJE GENERADO Y FLUJO vs CORRIENTE DE CAMPO
CURVA DE MAGNETIZACIÒN O DE CIRCUITO ABIERTO
Emax
CARACTERÌSTICA DE CIRCUITO
ABIERTO O DE VACÍO.
ENSAYO EN CORTO
• SE CORTOCIRCUITA EL GENERADOR.
• SE INCREMENTA LA Iexc DESDE 0
• SE MIDE IA o IL DE LÍNEA.
DADO QUE XS>> RA ENTONCES:
XS = EA/IA VØCA/ IA
A
V
Zs
Ra PUEDE HALLARSE POR MEDIO DE UN ENSAYO DE CC.
Iexc
RESUMEN
Ea
Ea
LOS DOS ENSAYOS
Ra, TAMBIÉN PUEDE SER DETERMINADO POR MEDIO DE LA INYECCIÒN DE CORRIENTE
CONTINUA AL DEVANADO DEL ESTATOR Y MIDIENDO EL VOLTAJE Y CORRIENTE
CORRESPONDIENTE. (XS EN cc, SE COMPORTA COMO UN CORTO).
Ra = Vcc/Icc
CALCULO PRÁCTICO DE Ra
LA RELACIÒN DE CORTO CIRCUITO Y LA REACTANCIA SINCRÒNICA
I ex PARA OBTENER EL VOLTAJE NOMINAL DE CIRCUITO ABIERTO.
Iex PARA OBTENER LA CORRIENTE NOMINAL EN CORTO CIRCUITO
R cc =
ES EL INVERSO DEL VALOR DE LA REACTANCIA SINCRÒNICA SATURADA APROXIMADA
=1
Xs
GRÀFICA DE ENSAYOS Y XS
CARACTERÌSTICA EN VACIOFEM generada vs Фext ≈ Iex
n=cte
CARACTERÌSTICA EXTERNA Vterminales, Vφ vs Ide carga
EXTERNA: TENSIÒN EN TERMINALES vs CORRIENTE DE CARGA
Iex = cte
F de P = cte.
Vφ
CARACTERÌSTICA EN CARGA.
EN CARGA:
Vcarga vs Iext
Icarga = cteF de P = cte
EN VACÍO
EN CARGA
CONEXIONES DEARMADURA
O DEL ESTATOR
LA REGULACIÓN DE TENSIÓN EN UN GENERADOR
Regulación (%) = (Vo – Vc) / Vc *100
Vo ES EL VOLTAJE EN VACÍO.Vc ES LE VOLTAJE A PLENA CARGA
EJERCICIOSCIRCUITO EQUIVALENTE DEL
GENERADOR SINCRÓNICO POR FASE.
CIRCUITO DE EXCITACIÒN
CIRCUITO DEL ESTATOR (ARMADURA)
Rexe VARIABLE Xs, REACTANCIA SINCRÒNICA
Va
CONVERSIÒN DE POTENCIA
= Ea Ia cos γγ = ENTRE Ea e Ia
(MECÀNICAS)
VELOCIDAD DEL GENERADOR SINCRÒNICO
nm P
120fe =
nm = VELOCIDAD DEL CAMPO PRINCIPAL O DEL ROTOR EN rpm
P = NÙMERO DE POLOS.
fe = FRECUENCIA ELÈCTRICA.
DIAGRAMAS FASORIALES
IaVØ
Ia*Ra
Ia*Xs
EaCARGA REACTIVA
CARGA CAPACITIVA
IaIa*Ra
Ia*XsEa
VØ
VØ= Ea - j Xs – Ia Ra
VOLTAJE EFICAZ GENERADO
V ef = 2 π Nc Ø f
V ef = k Ø w
LA TENSIÒN GENERADA DEPENDE PROPORCIONALMENTE DEL FLUJO Y DE
LA VELOCIDAD.
PERO EL FLUJO DEPENDE DE LA CORRIENTE DE EXITACIÒN.
EJERCICIOS
UN GENERADOR SINCRÒNICO PRODUCE UNA TENSIÒN A 60 hz. SI TIENE 4 POLOS, CUÀL ES LA VELOCIDAD DEL
ROTOR? Y QUE VELOCIDAD SI TIENE DOS POLOS?
nm P120
fe =
60 = nm * 4 / 120
nm= 60 * 120 / 4 = 1800 RPM
CON SOLO DOS POLOS , nm = 3600 RPM
EL ROTOR DE UN GENERADOR SÍNCRONO DE SEIS POLOS GIRA A UNA VELOCIDAD MECÁNICA DE
1200 REV/MIN.
1º EXPRESAR ESTA VELOCIDAD MECÁNICA EN RADIANES POR SEGUNDO.
2º ¿CUÁL ES LA FRECUENCIA DEL VOLTAJE GENERADO EN HERTZ Y EN RADIANES POR
SEGUNDO?
3º QUÉ VELOCIDAD MECÁNICA, EN REVOLUCIONES POR MINUTO, SE NECESITARÍA PARA GENERAR UN
VOLTAJE CON UNA FRECUENCIA DE 50 HZ?
EJERCICIOS
1. VELOCIDAD EN RADIANES POR SEGUNDO:
1 revol/min = 2 rad / 60 seg.
1200 revol/min= 1200* 2 rad / 60 seg = 125,6 rad/ seg
2.
fe = nm P120
fe = 1200 * 6 /120 = 60 hertz
3. 50 = nm * 6 / 120 DE DONDE:
nm = 50 *120 / 6 = 1000 RPM
EJERCICIOSUN GENERADOR SINCRÒNICO DE DOS POLOS, f= 50 hz,
CONECTADO EN Y, TIENE 2000 VUELTAS POR FASE. CUAL DEBE SER EL FLUJO PARA TENER EN LOS
TERMINALES DEL GENERADOR UNA TENSIÒN DE LÍNEA RMS DE 6000 V. SI ESTÁ EN VACÍO.
SI ESTÁ CONECTADO EN Y:
Vrms DE FASE = 6000/1.732 = 3464 V.
Eeficaz = 1,4142 *π * Nc * Ø * f
DE DONDE DESPEJANDO Ø :
Ø = 3464 / ( 1,4142*3,1416*2000*50) = 0.0078 Wb.
EJERCICIOSEL GENERADOR SINCRÒNICO ANTERIOR EN Y TIENE POR FASE UNA
RESISTENCIA DE ARMADURA DE 1,2 Ω Y UNA REACTANCIA SINCRÓNICA DE 6,52 Ω. SI ALIMENTA UNA CARGA TRIFÁSICA
CONECTADA EN Δ DE 780 KW, A TENSIÓN NOMINAL DE 6000 V. Y FACTOR DE POTENCIA 0,9 INDUCTIVO:
1.CALCULE LA CORRIENTE DEL ESTATOR DEL GENERADOR.
2.CALCULE LA TENSIÓN INDUCIDA O VOLTAJE GENERADO POR FASE.
2. EL VALOR DEL ÁNGULO DE POTENCIA SI SE CONSIDERA QUE SE CONECTA AUN BARRAJE INFINITO.
3. LA POTENCIA CORRESPONDIENTE AL LIMITE DE ESTABILIDAD.
4. LA MÁXIMA POTENCIA QUE PUEDE ENTREGAR EL GENERADOR.
P = √3 * VL* IL * cos φ
780000 = √3*6000* IL *0,9
IL = 780000/ (√3*6000 *0,9) = 83,4 AMP
IL = 83,4∟-25,48°
Ea = Vφ∟0° +IL ∟ θ* Zi
Ea = (6000/√3)∟0° + ( 83,4∟-25,48°) * (1,2 + j 6,52)
Ea = 3804 ∟6,73°
ÁNGULO DE POTENCIA = 6,73°
P limite = Pmax = 3 * (3804 *3464) / 6,52 = 6,06 MW.
¡PARA QUIEN NO DOMINE, LAS TRANSFORMACIONES ENTRE CONEXIONES, ES MAS ÚTIL ESTABLECER EL
EQUIVALENTE MONOFÁSICO, TRANSFORMANDO LAS CARGAS EN Δ EQUILIBRADA, A SU EQUIVALENTE Y !
EJERCICIOSUN GENERADOR TRIFÀSICO DE DOS POLOS TIENE LA
SIGUIENTE INFORMACIÒN:
Bmax DEL CAMPO DEL ROTOR = 0,2 TESLAS
n DEL ROTOR: 3600 RPM
DIÀMETRO DEL ESTATOR: 0,5 mt
LONGITUD DE LAS BOBINAS: 0,3 mt
NUMERO DE VUELTAS POR BOBINA = 15.
LA MÀQUINA ESTA CONECTADA EN Y.
1. CUÀLES SON LOS VOLTAJES DEL GENERADOR?
2. CUÀL ES EL VOLTAJE RMS DE FASE?
3. CUÀL EL VOLTAJE RMS EN LOS TERMINALES?
1. Emax = Nc* Ø *w (DE FASE)
Ø = Area*B = 2 r l B = d l B
Ø = (0,5m) (0,3m) (0,2T) = 0,03 Wb
w = (3600 rpm) (2π rad) (1/60 s) = 377 rad/ seg
Emax = (15 vueltas) (0,03 wb) (377 rad/s) = 169.7 v
LOS VOLTAJES TRIFÀSICOS SERÀN:
e1(t) = 169,7 sen 377 t
e2(t) = 169,7 sen (377 t – 120°)
e3(t) = 169,7 sen (377 t – 240°)
2. VOLTAJE RMS DE FASE:
Eeficaz = Emax / 2
E eficaz = 169,7 / 1,4142 = 120 V
3. VOLTAJE RMS EN TERMINALES.
COMO ESTÀ EN CONECTADO EN Y:
VL = 3 Eef = 1,732 * 120 = 208 V
EJERCICIOSUN GENERADOR SINCRÒNICO DE 480 V Y 60 hz,
NOMINALES, CUATRO POLOS CONECTADO EN Δ TIENE UNA CARACTERÌSTICA DE CIRCUITO ABIERTO COMO LO
MUESTRA LA GRÀFICA.
EL GENERADOR TIENE UNA REACTANCIA SINCRÒNICA DE 0.1 Ω Y UNA RESISTENCIA DE ARMADURA DE 0,015Ω.
A PLENA CARGA LA MÀQUINA SUMINISTRA 1200 a. CON FACTOR DE POTENCIA 0,8 EN ATRASO. A PLENA CARGA
LAS PÈRDIDAS POR ROZAMIENTO PROPIO Y POR ROZAMIENTO CON EL AIRE SON DE 40 KW Y LAS
PÈRDIDAS EN EL NÚCLEO SON DE 30 KW. NO TOME EN CUENTA LAS PÈRDIDAS EN EL CIRCUITO DE CAMPO. CON
ESTOS DATOS:
1. ¿CUÀL ES LA VELOCIDAD DEL GENERADOR?
2. ¿CUÁL ES LA CORRIENTE DE CAMPO QUE DEBE SUMINISTRARSE AL GENERADOR PARA QUE EL VOLTAJE
EN LOS TERMINALES SEA DE 480 v EN VACÌO?
3. SI EL GENERADOR SE CONECTA A UNA CARGA INDUCTIVA DE 1200 A CON FACTOR DE POTENCIA 0,8 ,
¿CUÁL ES LA CORRIENTE DE CAMPO QUE SE REQUERIRÀ PARA QUE EL VOLTAJE DE LOS TERMINALES SE
MANTENGA IGUAL A 480 v.?
4. EN LAS ÙLTIMAS CONDICIONES, ¿QUÉ POTENCIA SUMINISTRA EL GENERADOR?
1. ¿CUÀL ES LA VELOCIDAD DEL GENERADOR?
fe = nm P120
nm = 120 * 60 / 4 = 1800 RPM
2. ¿CUÁL ES LA CORRIENTE DE CAMPO QUE DEBE SUMINISTRARSE AL GENERADOR PARA QUE EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES SEA DE 480 v EN
VACÌO?
EN VACÌO LA CORRIENTE DE ARMADURA Ia ES CERO, Y Ea ES IGUAL A LA TENSIÒN EN BORNES Vφ.
DE LA CARACTERÌSTICA EN VACÌO SUMINISTRADA SE VE:
If = 4,5 AM
3. SI EL GENERADOR SE CONECTA A UNA CARGA INDUCTIVA DE 1200 A CON FACTOR DE POTENCIA 0,8 ,
¿CUÁL ES LA CORRIENTE DE CAMPO QUE SE REQUERIRÀ PARA QUE EL VOLTAJE DE LOS TERMINALES SE MANTENGA IGUAL A 480 v.?
SI EL GENERADOR ESTA EN Δ, LA CORRIENTE DE LA ARMADURA POR FASE) SERÀ:
1200 A
Ia = 1200 / 1,732 = 692, 8 A.
cos φ = - 36,8°
EN Δ, EL VOLTAJE DE FASE
ES IGUAL AL VOLTAJE DE LÍNEA
Vt
Ia=692 A.
COSØ=0,8480v
CON CARGA, EXISTEN UNAS PÈRDIDAS DE TENSIÒN POR
Ra Y Xs`. POR LO TANTO, LA Ea O EL VOLTAJE INTERNO GENERADO ES:
Ea = VØ + Ra Ia + j Xs Ia DE ACUERDO AL DIGRAMA FASORIAL DEL GENERADOR:
VOLVIENDO A LA GRÀFICA EN VACÌO, ESTA TENSIÒN CORRESPONDE A UNA If = 5,7 AMP.
4. EN LAS ÙLTIMAS CONDICIONES, ¿QUÉ POTENCIA SUMINISTRA EL GENERADOR?
Pout = 1,732 * VL* IL * cosθ
Pout = 1,732 * 480 * 1200* cos ( 36,87°)
Pout = 798 KW5. QUE POTENCIA SUMINISTRA LA TURBINA O EL MOTOR PRIMARIO?
Pin = Pout + PÈRDIDAS
PERDIDAS = ELÈCTRICAS+ NÙCLEO+ MECÀNICAS+DISPERSAS
PERD. ELÈCTRICAS = 3 * Ia²* Ra = 3 (692,8)² (0.015)
PERD. ELÈCTRICAS = 21.6 KW.
Pint = 798+ 21,6+ 30+ 40 = 889, 7 KW.
CONVERSIÒN DE POTENCIA
= Ea Ia cos γγ = ENTRE Ea e Ia
(MECÀNICAS)
6. CUÀL ES LA EFICIENCIA TOTAL DE LA MÀQUINA?
η = Psal/Pin * 100%
η = 798/ 889,6 *100 = 89,75%
7. SI SE DESCONECTARA SÙBITAMENTE LA CARGA, QUE OCURRIRÌA CON EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES?
Ia (DE LÍNEA) CAE A CERO, Y ENTONCES EL VOLTAJE EN LOS BORNES TIENDE A IGUALARSE A Ea. (LA FEM o TENSIÓN
INDUCIDA). ENTONCES:
Ea = VØ
PERO COMO LA If SE MANTIENE, Ea SE MANTIENE CONSTANTE, Y POR LO TANTO VØ, COMO VT, DEBEN INCREMENTARSE PARA IGUALAR A Ea. POR LO TANTO, EL EFECTO ES QUE EL VOLTAJE
EN LOS TERMINALES SE ELEVA A 532 V.
8. SI SE CONECTA UNA CARGA CAPACITIVA DE 1200 A Y FACTOR DE POTENCIA 0,8, ¿CUÀL ES LA CORRIENTE DE
CAMPO PARA MANTENER UN VOLTAJE EN LOS TERMINALES DE 480 V?
VOLVIENDO AL GRÀFICO DE CARACTERISTICA EN VACÌO, CORRESPONDE A 4,1 A.
EJERCICIO
SOLUCIÒN
EL INDUCIDO DEL ESTATOR ESTA CONECTADO EN Y.POR TANTO, EL VOLTAJE DE FASE, Vϕ SERA:
Vϕ = 480/ 3 = 277 v
EN VACÍO, Ia = 0, ENTONCES LAS PÈRDIDAS ELÈCTRICAS Y POR REACCIÒN DE INDUCIDO SON = 0.EN VACÍO: EL VOLTAJE INTERNO GENERADO ES IGUAL A LA TENSIÒN DE FASE: Ea = Vϕ = 277v
COMO Ea = KΦw, SOLO VARIA CUANDO CAMBIA LA Iexc o LA w. COMO LA Iexc SE AJUSTA PARA QUE VL= 480V, ENTONCES Ea, PERMANECERÀ TAMBIÈN CONSTANTE E IGUAL A 277 V.
b.1. CUAL ES EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES SI TIENE CARGA INDUCTIVA….
b.2. CUAL ES EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES SI TRABAJA A FACTOR DE POTENCIA 1.
Ea² = Vϕ² + (XsIa)²
b.2. CUAL ES EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES SI TIENE CARGA CAPACITIVA….
Ea² = (Vϕ – XsIa sen )² + (XsIacos )²
EJERCICIO
UN GENERADOR DE 1200 KVA , 6300 V , 60 HZ , 300 RPM Y COSΦ = 0,7. DETERMINAR:(A)EL NÚMERO DE PARES DE POLOS; (B) EL PAR APARENTE.
f = 120 P/n
τap = Pin/ w
EJERCICIO.
CALCULAR EL RENDIMIENTO A PLENA CARGA DE UN GENERADOR SINCRÓNICO TRIFÁSICO CONECTADO EN Y, A PARTIR DE LA SIGUIENTE INFORMACIÓN: -POTENCIA NOMINAL DE 30 MVA CON COSΦ = 0,8 EN ATRASO.-TENSIÓN DE LÍNEA 11 KV.-ARROLLAMIENTOS DEL ESTATOR CON R = 0,2 Ω/FASE. PÉRDIDAS DEL ARROLLAMIENTO DE CAMPO DEL ROTOR, A PLENA CARGA 100 KW. -LAS PÉRDIDAS EN EL HIERRO, POR FRICCIÓN Y VENTILACIÓN, OBTENIDAS DE UN ENSAYO DE VACÍO SON DE 600 KW.
EFECTOS DE LOS CAMBIOS DE CARGA EN EL GS, SOBRE TENSIÓN GENERADA Y EN TERMINALES,
OPERANDO SOLO
MAYOR CARGA INDUCTIVA: DECRECEN VØ Y Ea
MAYOR CARGA NO REACTIVA, POCA
VARIACIÒN
MAYOR CARGA CAPACITIVA: CRECEN VØ Y Ea
GENERADOR SINCRÒNICO FUNCIONANDO SOLO Y SUS SISTEMAS DE REGULACIÓN
FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE GENERADORES SINCRÒNICOS.
-SUMINISTRO DE MAYOR CARGA-MAYOR CONFIABILIDAD
-MAYOR UTILIZACIÓN DE LAS POTENCIAS NOMINALES-FACILIDAD DE MANTENIMIENTO DE LAS UNIDADES
REQUISITOS
1. VOLTAJES RMS DE LÍNEA IGUALES.
2. MISMA SECUENCIA DE FASES. R-S-T
3. FRECUENCIAS IGUALES. 60 Hz.
4. ÁNGULOS DE FASE IGUALES. 120°
SINCRONOSCOPIO
http://www.zaiger.eu/productos-2/detail/sq-s-sincronoscopio-analogico.html
FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR DENTRO DE UN GRAN SISTEMA DE
POTENCIA
1. SE CONSIDERA CONECTADO A UN BARRAJE “INFINITO”. EL VOLTAJE Y FRECUENCA ESTÁN
CONTROLADOS POR EL SISTEMA AL QUE SE CONECTAN.
2. EL MOTOR PRIMARIO (TURBINA) CONTROLA LA PRODUCCIÓN DE LA POTENCIA ACTIVA DEL
GENERADOR ENTREGADA AL SISTEMA.
3. LA CORRIENTE DE CAMPO CONTOLA LA PRODUCCIÓN DE L A POTENCIA REACTIVA ENTREGADA AL SISTEMA.
ENFRIAMIENTO EN ALTERNADORES DE GRAN TAMAÑO.
• VENTILACIÓN ABIERTA POR AIRE. OV. EL AIRE PASA UNA SOLA VEZ.
• VENTILACIÓN CERRADA POR AIRE. CV. RECIRCULA Y SE ENFRÍA POR UN
SERPENTÍN DE AGUA FRÍA.
• ENFRIAMIENTO POR HIDRÓGENO. PARA GRANDES UNIDADES. DE 100 MVA, EN
ADELANTE.
EL MOTOR SINCRÒNICO
-FLUJO DE POTENCIA , INVERSO AL GENERADOR.-CARGA DE LOS MOTORES SINCRÓNICOS: DE
VELOCIDAD CONSTANTE. Vm = V campo giratorio.-NO TIENE PAR DE ARRANQUE. TRES TPOS DE
ARRANQUE
-REDUCIENDO LA FRECUENCIA DEL ESTATOR (RECTIFICADORES-INVERORES CICLOCONVERTDORES)
-POR MEDIO DE BOBINA AUXILAR O DEVANADO AMORTIGUADOR QUE GENERE UN PAR DISTINTO DE CERO.
-POR MEDIO DE MOTOR EXTERNO QUE LLEVE AL ROTOR A LA VELOCIDAD SINCRÓNICA.
ESTRUCTURA DEL MOTOR SINCRÓNICO
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL MOTOR SINCRÓNICO
SE ALIMENTA POR EL ESTATOR.LA CORRIENTE DE EXITACIÓN, COMO EN EL GENERADOR SINCRÓNICO, ES CON CONTÍNUA.nm = ns
CIRCUITO EQUIVALENTE MONOFÁSICO DEL MOTOR SINCRÓNICO
PAR INDUCIDO EN FUNCIÓN DE V Y Ea
DONDE ES EL ANGULO ENTRE V y
Ea
PAR INDUCIDO MÁXIMO EN FUNCIÓN DE V Y Ea
DONDE sen ES MAXIMO. (sen 90= 1)
CURVA PAR/ VELOCIDAD
CAMBIOS DE CARGA EN EL MOTOR SINCRÓNICO
SI LA CARGA AUMENTA, EL ROTOR DISMINUIRA SU VELOCIDAD EN FORMA TRANSITORIA. CUANDO ESTO PASA, SE
INCREMENTA, EL PAR AUMENTA Y EL MOTOR VUELVE A SU VELOCIDAD DE SINCRONISMO.
CAMBIOS DE LA CORRIENTE DE CAMPOSI AUMENTA, Ea AUMENTA PERO LA POTENCIA DEL
MOTOR PERMANECE IGUAL. EL AUMENTO DE Ea GENERA QUE Ia DISMINUYA PRIMERO Y LUEGO SE
INCREMENTE. EL AUMENTO O DISMINUCIÓN DE I DE CAMPO, PROPICIA EL FUNCIONAMIENTO INDUCTIVO
O CAPACITIVO DEL MOTOR SINCRONO
¿PORQUÉ UN MOTOR SINCRóNICO SIRVE PARA
RECTIFICAR EL FACTOR DE POTENCIA?
UN MOTOR SINCRÓNICO SIN CARGA SIRVE PARA RECTIFICAR EL FACTOR DE POTENCIA
DE UNA INSTALACIÓN. DEBE SOBREEXCITARSE.
¡UNA MISMA CARGA Ia PUEDE
OBTENERSE CON DIFERENTE
EXITACIÓN!
EL MOTOR SINCRÓNICO COMO CONDENSADOR
Ia
COMPORTAMIENTO DEL GENERADOR SINCRÓNICO
EN UN SISTEMA DE POTENCIA.
CONSIDERACIÓN DE LA CONEXIÓN DE GENERADORES EN UN SISTEMA DE POTENCIA.
NODO DE POTENCIA INFINITA: LA POTENCIA DE LA MÁQUINA A CONECTAR ES PEQUEÑA CON RESPECTO AL RESTO DEL SISTEMA, DE TAL FORMA QUE LA CONEXIÓN NO AFECTA LA TENSIÓN NI LA FRECUENCIA DEL SISTEMA.
CONDICIONES DE CONEXIÓN O SINCRONIZACIÓN:
•SECUENCIA DE FASE DEL GENERADOR Y RED IGUALES.
•VALOR EFICAZ DE LA TENSIÓN DEL GENERADOR, IGUAL A LA RED Y FASES
COINCIDENTES.•FRECUENCIAS IGUALES.
COMPORTAMIENTO DE GENERADORES DE ROTOR CIRCULAR Y DE POLOS SALIENTES
(RELUCTANCIAS DIFERENTES)
ENTREHIERRO SIMETRICO ENTREHIERRO NO SIMETRICO
CIRCUITO EQUIVALENTE QUE SE APLCA AL GENERADOR DE ROTOR CIRCULAR
DIAGRAMA VECTORIAL DEL GENERADOR DE ROTOR CIRCULAR
DIAGRAMA VECTORIAL DEL GENERADOR DE POLOS SALIENTES
Ia, RESULTA DE DOS COMPONENTES, UNA DE EJE DIRECTO Y OTRA EN CUADRATURA, QUE ORIGINA UN ANÁLISIS DIFERENTE DE LA REACCIÓN DE INDUCIDO.
ÁNGULO DE POTENCIA
POTENCIA COMPLEJA ( P+jQ) SUMINISTRADA POR UN GENERADOR SINCRÓNICO DE ROTOR CILÍNDRICO CONECTADO A UN BARRAJE INFINITO
POTENCIA COMPEJA (P+jQ) SUMINISTRADA POR UN GENERADOR SINCRÓNICO DE ROTOR DE POLOS SALIENTES CONECTADO A UN BARRAJE INFINITO
SITUACIONES DE OPERACIÓN DE GENERADORES.
UNA VEZ SINCRONIZADA LA MÁQUINA, LA SITUACIÓN ES MÁS COMPLEJA, DADO QUE LA TENSIÓN DEL GENERADOR
DEPENDERA DE LA POTENCIA COMPEJA INYEVTADA AL NODO
1.EXCITACIÓN FIJA Y POTENCIA DE LA TURBINA VARIABLE. (CAMBIO CON LA POTENCIA ACTIVA DEL
GENERADOR)
2.EXCITACIÓN VARIABLE Y POTENCIA DE TURBINA FIJA. ( CAMBIO EN LA POTENCIA REACTIVA DEL GENERADOR)
DIAGRAMA VECTORIAL PARA EL CASO DE EXCITACIÓN FIJA Y POTENCIA VARIABLE EN LA TURBINA
AL ABRIR LA VALVULA DE ADMISIÓN DE LA TURBINA SE
TRADUCE EN UN AUMENTO DE LA POTENCIA ACTIVA, DEBIDO AL
CAMBIO DE δ
-Xs ES FIJO-Ua ES LA TENSIÓN EN LOS BORNES, FIJA POR ESTAR
CONECTADA A UN NODO DE POTENCIA INFINITA.-Ea ES FIJA, DADO QUE LA EXCITACIÓN DEL
GENERADOR PERMANECE, FIJA.
POR LO TANTO, LO ÚNICO QUE PUEDE CAMBIAR ES EL ANGULO δ, COMO SE PUEDE APRECIAR EN EL
DIAGRAMA VECTORIAL.EL MÁXIMO VALOR DE P, SE DA EN δ= 90°
( sen 90° = 1)
QG = CTE
ESTA POTENCIA MÁXIMA SE CONOCE COMO EL LÍMITE DE ESTABILIDAD ESTÁTICO DEL
GENERADOR.
PARA δ > 90° LA POTENCIA ACTIVA DECRECE, EL SISTEMA TIENDE A ACELERARSE EN UN PROCESO
QUE SE REFUERZA. AL LLEGAR A δ = 180, LA MAQUINA Y EL SISTEMA ESTÁN EN OPOSICIÓN DE FASE, LO QUE CONSTITUYE UN CORTOCIRCUITO.
LA CORRIENTE IRÁ AUMENTADO PROGRESIVAMENTE. SOLO LA ACTUACIÓN DE LAS
PROTECCIONES EVITARÁ UN COLAPSO. ESTA SIUACIÓN SE LLAMA “PÉRDIDA DE SINCRONISMO”
DIAGRAMA VECTORIAL PARA EL CASO DE EXCITACIÓN VARIABLE Y POTENCIA FIJA EN LA TURBINA
EL EFECTO SERÁ EL CAMBIO DE LA POTENCIA REACTIVA.
SI CAMBIA LA Iex, CAMBIARÁ Ea EN LA MISMA PROPORCIÓN. PERO SI SE MANTIENE CONSTANTE LA POTENCIA MECÁNICA, ENTONCES:
CONSTANTEUa = cteXs = cte.Ea senδ = cte
PARA LA EXPRESIÓN DE LA POTENCIA REACTIVA SE PUEDE MIRAR QUE SE CUMPLE:
EN ESTE CASO SE CUMPLE:
UN GENERADOR TRIFÁSICO CONSTA DE TRES BOBINAS ESPACIADAS 120° ALREDEDOR DEL ESTATOR, LO QUE PRODUCE TRES VOLTAJES CON UNA DIFERENCIA DE FASE DE 120°.
El voltaje puede ajustarse disponiendo los devanados del estator en bobinas y variando el número de vueltas (cables) de las bobinas. Mientras mayor sea el número de vueltas, mayor será el voltaje inducido
A la izquierda, dos conductores de longitud "L"(cada uno con un voltaje "E") se conectan en serie, como una bobina con una vuelta, para producir un voltaje 2E. A la derecha, dos bobinas de una vuelta (cada una con un voltaje 2E) se conectan en serie para formar una bobina de dos vueltas que darán un voltaje 4E.
ROTOR Y EXITACIÓN
SECCIÓN DE ALTERNADOR
ESTATOR
ROTOR
ECUACIONES GENERALES DEL GENERADOR SINCRÓNICO. MONOFÁSICO.
Rexi: resistencia de excitación internaRexe: resistencia de excitación externa (con la que se regula Iex y el flujo Øm)Del circuito deducimos que
Ea = VØ + Ia (ra + jXs)Pero Ea = 4.44 f Øm w = k Øm w, donde w = 2 fPor otro lado, la potencia mecánica suministrada por el generador viene dada por
Pmec = Tw = Ea Ia cos Øt donde Øt : ángulo de ra + jXs = ZEntonces
Tw = k Øm w Ia cos ØtAdicionalmente deducimos la ecuación
Uex = Iex (Rexe + Rexi)Para los fines del curso, normalmente la resistencia ra es despreciable.
UN GENERADOR SINCRÒNICO TIENE LAS SIGUIENTES CARACTERÌSTICAS: 480 v, 200 KVA,
60 Hz, 2 POLOS Y ESTA CONECTADO EN Y y A PLENA CARGA ALIMENTA UNA CARGA INDUCTIVA DE
FACTOR DE POTENCIA 0,8.SU REACTANCIA SINCRÓNICA ES DE 0,25 Ώ Y SU
RESISTENCIA DE ARMADURA ES DE 0,04 Ώ. TODAS LAS PÈRDIDAS POR FRICCIÒN SON DE 6 Kw
Y EN EL NUCLEO DE 4 Kw.EL CIRCUITO DE CAMPO ES DE 200 v Y LA
CORRIENTE DE CAMPO MÀXIMA ES DE 10 Amp. LA RESISTENCIA DEL
MISMO CIRCUITO VARÌA ENTRE 20 Y 200 Ώ.UN ENSAYO DE CIRCUITO ABIERTO, DA LOS SIGUIENTES RESULTADOS:
1. CUÀL ES LA VELOCIDAD DEL ROTOR? CUÀL ES LA VELOCIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO ROTACIONAL DEL
ESTATOR?2. SI EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES ES DE 480 V EN VACÍO,
QUE CORRIENTE DE CAMPO SE REQUIERE?PARA LA CARGA NOMINAL INDUCTIVA DADA, CUAL ES EL
VOLTAJE GENERADO O INDUCIDO?3. QUE CORRIENTE DE CAMPO ES NECESARIA PARA LAS
CONDICIONES DEL PUNTO C, O DE PLENA CARGA?4. ¿QUÉ VALEN LAS PÉRDIDAS ELÉCTRICAS EN EL ROTOR Y
EN EL ESTATOR?5. ¿QUE POTENCIA DEBE SUMINISTAR EL MOTOR PRIMARIO O
LA TURBINA QUE MUEVE EL ROTOR DEL GENERADOR?6. ¿COMO SERÀ LA CORRIENTE DE CAMPO (MAYOR, MENOR,
IGUAL) SI LA MISMA CARGA NOMINAL INDUCTIVA DEBE SER ALIMENTADA POR UN GENERADOR SINCRÒNICO
IDENTICO AL ANTERIOR, PERO DE MAYOR REACTANCIA SINCRÒNICA? JUSTIFIQUE SU RESPUESTA.
QUIZ 8UN GENERADOR SINCRÓNICO DE 480V, 200 KVA, FACTOR DE POTENCIA 0,8 EN ATRASO, 60 HZ, DOS POLOS CONECTADO EN Δ, TIENE UNA REACTANCIA SINCRÓNICA DE 0,25 OHMIOS Y UNA RESISTENCIA DE INDUCIDO DE 0,04 OHMIOS.
SUS PÉRDIDAS MECÁNICAS SON DE 6 KW Y LAS PÈRDIDAS DEL NÚCLEO SON DE 4 KW.
EL CIRCUITO DE CAMPO TIENE UN VOLTAJE DE 200 V Y LA CORRIENTE MÁXIMA ES DE 10 AMP. LA RESISTENCIA DE CAMPO ES AJUSTABLE ENTRE 20 Y 200 OHMIOS. LA CARACTERÍSTICA DE VACÍO ES LA SIGUIENTE:
SUPONGA QUE EL CAMPO ES AJUSTADO A 4,5 AMP.CUAL ES EL VOLTAJE EN LOS TERMINALES DEL GENERADOR SI ESTA CONECTADO A UNA CARGA EN Δ CON UNA IMPEDANCIA DE 530°?
4,5
480 v
V generado
I de campo
ARMÓNICOSLos armónicos son niveles de energía existentes en los múltiples de las ondas fundamentales. Los armónicos degradan la calidad del voltaje de salida de un generador y deben, por lo tanto, minimizarse. Un generador puede tener una combinación de armónicos impares, pero nunca armónicos pares, debido al diseño simétrico del generador. La mayor parte del tiempo, un generador alcanzará casi todos los requerimientos de reducción de armónicos si la distorsión de armónicos total no excede de 5% y si los armónicos individuales no exceden 3%.
Motor de jaula de ardilla(densidad de flujo)
DISEÑOS FUNDAMENTALES DE SINCRÓNICAS
1. POLOS SALIENTES. DOS TIPOS:
• LOS POLOS HACEN PARTE DEL ESTATOR COMO EN LOS DÍNAMOS Y MOTORES DE CC.
• PERTENECEN AL ROTOR, FORMANDO UNA RUEDA POLAR GIRATORIA COMO EN LOS GENERADORES Y MOTORES SINCRÓNICOS.
2. POLOS LISOS O NO SALIENTES TÍPICOS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS O DE INDUCCIÒN Y ALTERNADORES.
El segundo trabajo consiste en prepara en grupo una exposición sobre el motor sincrónico.
Los tres expositores serán escogidos al azar y representaran al grupo. La calificación será grupal.
Deben exponerse en forma clara y precisa las cuestiones mas importantes de los siguientes temas:
•Circuito equivalente del motor sincrónico.•Característica par-velocidad y efectos de cambio
de carga en el motor.•Arranque del motor sincrónico.
•El motor sincrónico y su función para corregir el factor• de potencia.
En la exposición el profesor podrá interrogar a todos los integrantes del grupo y las respuestas serán
parte de la evaluación.
PREPARACIÓN DE EVALUACIÓN1. ¿PORQUE SE LLAMAN MÁQUINAS SINCRÓNICAS? COMO ESTAN RELACIONADAS LA FRECUENCIA ELÉCTRICA Y LA VELOCIDAD DE LA MÁQUINA? 2. ¿CUALES SON LAS PARTES DISTINTIVAS DE UN GENERADOR SINCRÓNICO Y QUE FUNCIÓN DESEMPEÑA CADA UNA?3. DISTINGA EL DEVANADO DE CAMPO Y DEVANADO DE ARMADURA EN EL GS.3. ¿COMO PUEDEN SER LOS POLOS DEL ROTOR Y QUE DIFERENCIAS SE ESTABLECE EN CADA UNA?4. ¿QUÉ CORRIENTE ALIMENTA EL DEVANADO DEL ROTOR y COMO SE PRODUCE?5. DIBUJE EL CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GS Y DESCRIBALO.
6. ¿QUÉ ES LA REACTANCIA SINCRÓNICA?7. ¿QUÉ ES LA CARACRERÍSTICA DE CIRCUITO ABIERTO DE UN GS?8. ¿CÓMO SE OBTIENEN LOS VALORES CARACERÍSTICOS DEL CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GS?9. ¿QUÉ ES LA REACCIÓN DE INDUCIDO? ¿COMO SE MANIFIESTA CON DIFREENTES TIPOS DE CARGA?¿QUÉ ES LA RELACIÓN DE CORTO CIRCTUITO DE UN GS?10. DIBUJE EL DIAGRAMA FASORIAL DE UN GS, PARA UNA CARGA INDUCTIVA.
UN GENERADOR SINCRÓNICO DE 250 KVA, 480 V, 50 Hz, ESTÁ CONECTADO EN Y, Y VA A ALIMENTAR UNA CARGA TRIFÁSICA
CONECTADA EN Y, A LA TENSIÓN NOMINAL DE 120 KVA, INDUCTIVA CON FACTOR DE POTENCIA DE 0,8. LAS PERDIDAS ELECTRICAS Y
MECÁNICAS ASCIENDEN A 2,8 KW. LA IMPEDANCIA DEL INDUCIDO ES DE j0,26 Ω
EL CIRCUITO TRIFÁSICO QUE CONECTA LA CARGA CON EL GENERADOR TIENE UNA IMPEDANCIA DE 0,04+ j0,2 Ω POR FASE.
LA RESISTENCIA DEL CIRCUITO DE CAMPO ES DE 14 Ω.
1. DIBUJE EL CIRCUITO EQUIVALENTE DEL GENERADOR.2. PARA LA CARGA ESTABLECIDA ¿CUÁL ES LA TENSIÓN INDUCIDA?
3. SI EL VOLTAJE APLICADO EN EL CAMPO QUE PRODUCE LA TENSIÓN INDUCIDA EN 1. ES DE 90 VOLTIOS, ¿ CUAL ES LA CORRIENTE DE CAMPO?
4. CON ESA CORRIENTE DE CAMPO, ¿CUÁLES SON LAS PÉRDIDAS ELÉCTRICAS DEL ROTOR? ¿ Y LAS DEL ESTATOR?
5. ¿CUÁL DEBER SE LA POTENCIA DEL MOTOR PRIMARIO?6. PARA ESA CARGA, DIBUJE UN DIAGRAMA FASORIAL APROXIMADO.
