Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
En este documento se podrá observar los distintos tipos de diagramas para los generadores sincronos
Tipo: Apuntes
1 / 79
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO ELÉCTRICO, ESPECIALIZACION POTENCIA
QUITO. MARZO DE 1981
Certifico que el presente trabajo de tesis, fue realizado en su to- talidad por el Sr. Carlos Tobar, Landeta*
ng/ Alfredo Mena P.
CONTENIDO
CAPITULO I .- FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LOS GENERADORES SÍNCRONOS 1 1.1. El alternador sincrono 1 1.1.1. Características principales 1 1.1.2, ' Tipos. 3 1.1.3- Diagramas fasoriales 5 1.2, Erroresdrico a un al aplicaralternador la teoríacon rotor de rotorde polos cilín sa - - lientes. 11 1.3* Artificio geométrico en la construcción de diagramas fasoriales, asociando ambas teorías para evitar errores 16
2.1. Factores limitantes en la operación de gene - radores 21 2.2. Límites por estabilidad 22 2.2.1. Descripciónestabilidad introductoriaen la operación del de problema generadores de la 22
2.2.2. Determinación matemática e interpretación ge£ métrica de los puntos críticos de operación - estable, de un generador de polos salientes - conectado a una barra infinita através de una reactancia externa " • 25
2.2.3- Construcción del limite teórico y del limite práctico de estabilidad, su validez para gene_ radores de rotor cilindrico 31 2.2.¿f. Influencia del sistema de excitación sobre los limites de' estabilidad de los generadores 3¿f 2.3- Limites por condiciones térmicas en los deva- nados •'. 35 2.3-1- Clases de aislamiento 36 2.3-2. Limites de temperatura y elevación de tempera tura permisibles 38 2.3-3- Construcción del limite térmico del campo 39 2.3-A-- Construcción del limite térinico de la armadu- ra Ij. 1 2./f• Limita por corriente rainima de excitación 1+2. 2.5- Limite por petencia efectiva L. 2.6. Construcción de un diegrama práctico para la operación de generadores ¿f
CAPITULO III .- PROGRAMA DIGITAL PASA LA EJECUCIÓN DJ DIAGRAMAS Y. APLICACIÓN DE LOS MISMOS Itf 31 Deducción de las expresiones matemáticas que definen cada limite. ¿ 4. 7 3.1.1. Limite por. estabilidad i l+Q 3-1-2. Curvas para corriente de excitación 50 3-1-3- Curvas por corriente de carga. 52 3-l.¿f- Limite de potencia efectiva 52 3-2. Características y forma de uso del programa 53 3*3» Ejemplos de aplicación 57 3-3-1- Análisis de los diagramas obtenidcs 59 3-3-2 Efecto de la reactancia externa ' 60
I N T R O D U C C I Ó N
ii
de la Empresa Eléctrica Quito, la hidráulica de Cumbayá y la - de gas de Guangopolo,
es decir, todos los cambios de carga tienen lugar en interva los de tiempo más largos que la constante de tiempo transit£ ria de cortocircuito de la máquina.
CAPITULO I FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LOS ALTERNADORES SÍNCRONOS
' 1.1. EL ALTERNADOR SÍNCRONO Es -una máquina de corriente alterna, puede funcionar — como generador o como motor dependiendo del tipo de energía -- que se le suministre al eje mecánico o a los devanados eléctri eos estatóricos respectivamente; funcionando como generador 'es considerado una fuente de tensión. Su velocidad en régimen permanente es proporcional a— la frecuencia de la corriente que circula por su devanado indu.
1.1.1. CARACTERÍSTICAS MAS IMPORTANTES Los generadores síncronos son trifásicos salvo raras— excepciones, por las ventajas que el sistema trifásico presen- ta en .el manejo.de grandes potencias. En el alternador síncrono como en otros tipos de máqui^ ñas rotativas, las tensiones se inducen por el movimiento reía jtivo de un campo magnético respecto a un devanado, y el par na ce de la interacción de los campos magnéticos de los devanados del estator 'y del rotor. Más específicamente en los generadores síncronos, las- tensiones se obtienen por el giro mecánico del campo magnético 1
exige una mayor potencia mecánica de entrada. El campo creado en el rotor viene determinado por la— corriente de excitación, y es aproximadamente constante en con diciones normales de operación; en cambio el campo creado en— el estator es función de la carga eléctrica aplicada al genera dor, y es también constante para una carga constante. Las variaciones de carga se manifiestan por variacio— nes en un pequeño desalineamiento de los ejes de los campos. — del estator y del rotor, éste desalineamiento es cuantificado- en grados eléctricos.por el ángulo b , éste ángulo es directa— mente proporcional a la carga aplicada, existiendo un ángulo- crítico f correspondiente a la máxima carga aplicable; los rea-- justes para los diferentes ángulos constituyen un proceso din_á mico acompañado de una serie de oscilaciones mecánicas amorti- guadas.
1.1.2. TIPOS Existen dos tipos de generadores por el tipo de rotor- que son construidas: los de rotor con polos salientes, y los - de rotor cilindrico; las razones por las que existen estos dos tipos son las siguientes: La mayor parte de los sistemas eléctricos de potencia- trabajan con^ fracuencias^ de^ 50"y^ 60 Hz.^ las^ mismas^ que^ respon- den a la siguiente relación en una máquina síncrona:
f = Fn 120
donde: f - frecuencia eléctrica P = número de polos n = velocidad en rpm de la máquina impulsora Por otra parte las máquinas impulsoras utilizadas son- escencialmente de 2 tipos: las hidráulicas de baja velocidad y las turbinas de gas o vapor de alta velocidad, por lo que se - hace necesario para cumplir con las frecuencias establecidas - dotarles de gran número de polos a las primeras, y de uno o — dos pares de polos a las de alta velocidad. Los factores antes mencionados hacen que los alternacto res hidráulicos, con bajas velocidades.y considerable número - de polos, debido a las pocas exigencias en la r-esistencia meca nica del rotor y su más simple construcción, se los haga con - rotor de polos .salientes y devanados.concentrados. Mientras tanto en turboalternadores con altas velocid_a des, uno o dos pares de polos y considerables potencias, las - velocidades que alcanza la circunferencia del rotor son muy -- grandes, (125 - 185 ni/s) creando fuerzas centrífugas en deter- minadas partes del rotor bastante grandes, que exigen grandes- resistencias mecánicas del mismo, esto hace que para tener una mejor fijación y disposición del devanado, éste se lo deba -— construir distribuido sobre la superficie del rotor, en ranu-- ras y dispuesto de tal forma que el campo engendrado sea a proximadamente senoidal.
a) La f.ra..nu fundamental de los polos inductores crea el flujo que induce la f.e.m. fundamental E. b) La f.m.m» de reacción del inducido que crea su correspon — diente f.e.m. Ear 3 proporcional a la corriente de carga. c) El flujo de .dispersión con su correspondiente f.e.m., que— también es proporcional a la corriente de carga. d) La calda de tensión en la resistencia óhmica del devanado— del estator, que por ser menor al % del voltaje nominal — con carga nominal, con frecuencia se la desprecia.
La tensión V en bornes del alternador puede considerar se como la suma fasorial de las tensiones: E f inducida por el campo del rotor, Ear inducida por el campo de r'eacción del es- tator, proporcionales a las intensidades en sus respectivos d_e vanados y retrasadas en 90° respecto a los flujos que las indu cen; como se las representa en el siguiente diagrama:
Fig. 1
El flujo de reacción está en fase con la intensidad I- en el inducido, en consecuencia la f.e.m. Ear, retraza 90° re_s pecto a dicha intensidad, por lo tanto puede escribirse:
V = Ef -
Donde X$t> es una constante de proporcionalidad que reía ciona Ear con I, puesto que Earocl, De lo anterior se puede apreciar que el efecto de "re- acción del indacido 11 equivale a una reactancia inductiva X^,— denominada "reactancia de reacción", que .justifica la componen, te de tensión inducida por la onda fundamental del flujo de r_e acción. Hasta aqui no^ se^ ha^ tomado^ en^ cuenta^ ni'^ en^ el^ diagra- ma ni en la relación planteados anteriormente, al flujo de dis persión y a la caída de tensión en la resistencia óhmica del - devanado inducido, ésta última por una razón ya mencionada se- la puede omitir; mientras la anterior se la integra al anali-- sis mediante una reactancia X n , teniendo en cuenta que el flu- jo de dispersión al igual que la reacción del inducido es pro- porcional a la corriente de carga, se puede unificarlos en una sola reactancia total_ - - -... o "síncrona"— X (^) 'S, que toma en cuenta to— dos los flujos creados por las corrientes polifásicas del est_a tor, de manera que:
X (^) s = X^<P
tor, en las siguientes 2 componentes: Una componente I , en cuadratura con el vector E de la tensión inducida por el campo de excitación, que a su vez crea un flujou de reacción fundamental (^) r<2>ad , en la dirección del ejeJ — polar o eje "d n $ y la componente I (^) CL} en fase con la tensión in~~ ducida por el campo de excitación E (^) i , creando un flujo de reac* ' ció'n fundamental d en la dirección del ele interpolar^ o eje-J "q". En una máquina, con rotor de polos salientes y circuito magnético no saturado, el flujo de reacción del inducido total d /ar (^) es la suma de las dos componentes anteriores Q/ ad , y <¿< aq , a- demás el flujo resultante es la suma vectorial del flujo de -
Cada una de las componentes I,a e I (^) q de la corriente es— tatórica inducida I, llevan aparejadas una componente de la — calda de tensión en la reactancia sincrona, de valores JIX, y- jIX respectivamente; donde X, y X son las reactancias sincro ñas según sus respectivas direcciones, que dan cuenta de los - efectos inductivos de los flujos de frecuencia fundamental, -- creados por la corriente en el inducido, incluyendo los de re- acción y de dispersión, de manera .que estas reactancias se las puede expresar de la siguiente forma:
X d = X d + Xl X (^) q = Donde:
X (^) <pd,. X<pq_ ,.,= reactancias debido al efecto de reacción del indu- cido en los ejes "d" y "q" respectivamente. X. = reactancia de dispersión igual para ambos ejes.
En forma resumida, los factores que dan lugar a la ten sión en bornes de un alternador de rotor con polos salientes—
;iI,X..ü- d d : en la reactancia de eje directo, c) El flujo y la f.e.m, de reacción ^transversal- del inducido-- representado por su correspondiente caída de tensión jl X : en la reactancia de eje en cuadratura. d) La caída de tensión en la resistencia óhmica del devanado— estatórico.
•'. Hay que notar que en los numerales b) y c) se encuen— tra incluido el efecto, del flujo de dispersión. Para el alternador con rotor de polos salientes, fun- cionando como generador, la tensión E } inducida por el campo- de excitación, es igual a la suma vectorial de la tensión en - bornes V, más la caída de tensión en la resistencia óhmica del devanado inducido IR , que puede ser omitida, más la caída de- tensión en las reactancias síncronas J I ^ X , + jl X ; represen-
