Manual de Tecnología para Máquinas Eléctricas Síncronas

Máquinas Eléctricas Síncronas

Reparto de Carga en Grupos de Generadores

El reparto de carga en grupos de generadores se realiza a través del regulador de velocidad. Este ajusta la frecuencia de vacío en los grupos (cada grupo tiene su regulador) para determinar la potencia que entregará cada uno al sistema a una frecuencia constante. Además, también interviene la fuente de excitación para regular la tensión en terminales.

Corriente de Inserción

Para determinar la magnitud de la corriente de inserción, debemos tener en cuenta el momento en que se cierra el interruptor, ya que esto determina la magnitud del flujo remanente. El ángulo de fase (θ) para el voltaje (V(t) = Vm * sen(wt + θ)) establece el valor de esta corriente. Su valor mínimo será para θ = 90°.

Motorización de una Máquina Síncrona

Al insertar la máquina síncrona al sistema eléctrico de potencia (SEP) con una frecuencia (potencia) de vacío menor a la del sistema, el generador absorbe potencia activa (funciona como motor) en vez de generarla. Esto ocurre cuando el momento de tensión inducida está en la dirección del movimiento. En un generador, el momento de tensión inducida es contrario al movimiento.

Curva de Estatismo de un Regulador

La curva de estatismo es la relación entre la velocidad (o frecuencia) y la potencia en el generador. Muestra el comportamiento del regulador ante variaciones de carga. El regulador desplaza la recta de estatismo para cualquier valor deseado (Fsc, fpc, 0, Ppc).

Reducción de la Corriente de Inserción

Para reducir la corriente de inserción, se puede energizar el transformador para un valor de θ = 90°. Esto ocasiona que la tensión sea máxima y el flujo magnético sea aproximadamente cero, reduciendo la corriente y el transitorio. En la práctica, es imposible eliminarla completamente, pero existen dispositivos que logran que la corriente pase por cero al cerrar el interruptor.

Regulador de Carga en un Grupo de Generación

Un regulador de carga es necesario porque, cuando se produce una variación en la potencia eléctrica del generador, se modifica el torque resistente (torque electromagnético), lo que produce un incremento o disminución en la velocidad de rotación de la máquina prima. El regulador varía la potencia mecánica de la máquina prima para mantener constante la velocidad de rotación y la frecuencia (equilibrar torque motriz y torque resistente).

Excitatriz por Diodos Rotatorios: Pros y Contras

• Elimina anillos rozantes.
• No necesita tratamiento exigente.
• Bajo costo y operación.

Diferencias entre Turbogenerador e Hidrogenerador

Turbogenerador (TG):

• Velocidad de rotación alta.
• Posición horizontal.
• Rendimiento (R) = 0.97 - 0.98.
• Generalmente 2 a 4 polos.
• Potencia instalada: Gas (100 - 250 kW), Vapor (1 - 1000 MW).
• Longitud axial > Diámetro del rotor.

Hidrogenerador (HG):

• Velocidad de rotación baja.
• Posición vertical, horizontal o inclinada.
• Rendimiento (R) = 0.95 - 0.98.
• Varios polos.
• Potencia instalada (5 kW - 750 MW).
• Diámetro del rotor > Longitud axial.

Generador de Rotor Liso y Motor Diésel

No se puede impulsar un generador de rotor liso con un motor diésel porque estos generadores necesitan gran potencia para moverse (trabajan a altas velocidades: 50 Hz - 3000 rpm, 60 Hz - 3600 rpm), mientras que los motores diésel operan a baja velocidad y son de baja potencia.

Conexión en Paralelo de Transformadores

Es importante conocer los grupos de conexión en transformadores para operar en paralelo, ya que es una condición necesaria para que los transformadores tengan el mismo desfase de tensión entre el primario y el secundario.

Distribución de Carga entre Grupos de Generación en Paralelo

Para variar la distribución de carga entre dos grupos de generación en paralelo con carga variable, se puede:

• Ajustar la tensión en terminales: Aumenta o disminuye simultáneamente la corriente de carga de ambos generadores.
• Ajustar la potencia reactiva (Q) de los grupos: Aumenta la corriente de uno (toma mayor parte de Q) y disminuye la del otro.
• Ajustar la frecuencia del sistema: Aumenta o disminuye la velocidad de los reguladores de ambos generadores.
• Ajustar la distribución de potencia real: Aumenta o disminuye la velocidad de los reguladores de ambos generadores.

Generador Trifásico: Limitaciones y Aplicación Principal

Aplicación principal: En centrales hidroeléctricas (CH) medianas y pequeñas. No genera potencia reactiva (Q), la consume. Necesita instalación de condensadores para la excitación del campo magnético. Opera a carga constante (potencia nominal).

Excitación Estática sin Escobillas

Un bobinado induce corriente alterna (CA) mediante un campo estator alimentado por corriente continua (CC). Esta tensión alterna inducida en el rotor se rectifica por un puente de diodos en el rotor y se inyecta al campo principal de la máquina.

Sincronoscopio/Relé de Sincronismo Estático

Se conecta en paralelo al interruptor de cierre (con transformadores reductores) para sensar tensiones (electromagnéticas) y medir la diferencia de frecuencia y ángulo de fase (θ).

Objetivo de los Taps

Los taps mantienen la tensión en el secundario constante, mientras que la tensión en el primario varía (están en el primario por tener menor corriente).

Potencia Sincronizante

Es la potencia que entrega cada unidad en el instante en que se sincroniza con la red.