Operación y Pruebas de Máquinas Síncronas: Sincronización de Alternadores a la Red

Introducción a las Máquinas Síncronas

Las máquinas síncronas son componentes fundamentales en los sistemas eléctricos modernos, capaces de operar tanto como generadores (alternadores) como motores. Su característica principal es la sincronización entre la velocidad de rotación de su eje y la frecuencia eléctrica generada o absorbida. Este documento detalla los procedimientos esenciales para su caracterización y acoplamiento a la red eléctrica.

Práctica 1: Máquinas Síncronas

Una máquina síncrona es una máquina rotativa de corriente alterna cuya velocidad de rotación del eje y la frecuencia eléctrica están sincronizadas y son mutuamente dependientes. Dicha máquina puede operar tanto como generador como motor.

Pruebas Fundamentales en Máquinas Síncronas

Para comprender el comportamiento y las características operativas de las máquinas síncronas, se realizan diversas pruebas. A continuación, se describen dos de las más importantes:

Pruebas en Vacío

Para realizar la prueba en vacío de una máquina síncrona funcionando como generador, se deben seguir los siguientes pasos:

1. Ajustar la resistencia del reóstato de campo a su valor mínimo y la de arranque a su valor máximo. Esto se hace con el fin de que la resistencia de arranque regule la corriente y aumente el par (torque) para el arranque, mientras que la resistencia de campo se utiliza para controlar la velocidad del motor impulsor.
2. Aumentar progresivamente el voltaje hasta alcanzar su valor nominal.
3. Conectar el circuito de campo del alternador a la fuente variable, regulando la tensión para así obtener la curva característica correspondiente (E_A vs I_f).

Es fundamental destacar que esta prueba debe realizarse sin ningún tipo de carga conectada al alternador.

Prueba de Cortocircuito

Para realizar la prueba de cortocircuito en una máquina síncrona operando como generador, se debe:

1. Se sigue el mismo procedimiento inicial que en las pruebas en vacío, pero con la particularidad de que el rotor de la máquina debe estar bloqueado.
2. Es crucial realizar esta prueba con un aumento de tensión progresivo debido a las altas corrientes que se generan bajo esta condición.

Acoplamiento y Sincronización de Alternadores a la Red

Las centrales de producción de energía eléctrica están conectadas entre sí a través de líneas de transporte, formando una vasta red a nivel nacional e internacional. Cuando sea necesario conectar un alternador a esta red, se deben cumplir rigurosamente las siguientes condiciones para un acoplamiento seguro y eficiente:

• Igualdad de tensiones: La tensión en los bornes del alternador debe ser igual a la tensión de la red.
• Igualdad de frecuencia: La frecuencia del alternador debe coincidir con la frecuencia de la red.
• Igualdad de secuencia de fases: La secuencia de fases del alternador debe ser idéntica a la de la red.
• Sincronismo de fases: Debe existir un sincronismo preciso entre las fases de la red y las del alternador en el momento de la conexión.

Montaje y Procedimiento de Sincronización

El procedimiento a seguir para el acoplamiento de un alternador a la red es el siguiente:

1. Se arranca el motor de arrastre y se regula hasta conseguir la velocidad nominal del alternador.
2. Se ajusta la velocidad para lograr la igualdad de frecuencias (por ejemplo, 60 Hz, según el estándar de la red).
3. Para determinar el momento preciso en que debe realizarse el acoplamiento, se utilizan sincronoscopios o lámparas de sincronización, que indican cuándo las fases del alternador y la red están en concordancia.