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7reCInfor(e :0 operación en paralelo de generadores síncronos. parte: IV. IV. 7#E/%"T 7#E/%"TS S 8 T#B T#BJO JO 7#EVIO Resumen — El siguiente documento brinda un breve anál anális isis is de los los gene generad rador ores es sínc síncro rono noss y busc busca a dar dar respu respuest estas as a algu alguna nass preg pregun unta tass conc concern ernie ient ntes es a la operación en paralelo de estos, además se buscara los efecto efectoss causad causados os en las potenci potencias as activa activa y reacti reactiva va debi debido do a la vari variaci ación ón de la frec frecue uenci ncia a y la tens tensió ión n respectivamente.
Explique y grafique qué relación existe entre frecuencia vs potencia activa y tensión vs potencia reactiva en un generador síncrono.
$ado $ado que que la !elo !eloci cida dad d del del e+e e+e de la (aqui aquina na est) est) rela relaci cion onad adaa con con la frec frecue uenc ncia ia eléc eléctr tric icaa (edi (edian ante te la ecuación 9:;0
fe =
Palabras clave clave —carga, frecuencia, potencia, tensión.
I.
OBJETIVOS
Obte Obtene nerr qué qué rela relaci ción ón exis existe te entr entree la frec frecue uenc ncia ia de oper operac ació ión n de un gene genera rado dorr sínc síncro rono no la pote potenc ncia ia acti!a. Obt Obtener ner qué qué relac lación exist xistee entre ntre la tens tensiión de oper operac ació ión n de un gene genera rado dorr sínc síncro rono no la pote potenc ncia ia reacti!a
nm∗ P 120
(1 )
7or tal (oti!o es que la potencia de salida de un generador síncrono est) relacionada con la potencia. potencia. En las figuras a b de la figura : se presenta presenta gr)fica(ente gr)fica(ente esta relación relación 9:;.
II. II. I"T# I"T#O$ O$%& %&&I &IO" O" 'os generador generadores es síncronos síncronos son ()quinas ()quinas que se utili*an utili*an para con!ertir potencia (ec)nica en potencia eléctrica de ca. $ebido a las necesidades de carga surge la necesidad de la conexión de estos en paralelo con lo que se (e+ora la confiabilidad confiabilidad del siste(a, per(itiendo así el (anteni(iento (anteni(iento en estas ()quinas sin afectar al consu(idor, sin e(bargo es i(port i(portant antee conoce conocerr los requis requisit itos os o reco(e reco(enda ndaci cione oness necesarias a tener en cuenta antes de conectar generadores síncronos en paralelo. III. III. -T -TE#I'E E#I'ES S Materiales del del laboratorio: /rupo en donde se debe reali*ar la pr)ctica0 • -ódulos de 'ab!olt. Materiales del del almacén: 12 cables de conexión. • &orreas. • Banco resisti!o. • Banco capaciti!o. • -ultí(etro. • nali*ador de ar(ónicos. • #esistencias 322, 422 122 5. • 6 Interruptores. •
Figura ! a" #urva de velocidad vs potencia de un primo motor. b" #urva de frecuencia vs potencia resultante del generador $%. 'a relación entre la frecuencia la potencia acti!a se puede describir (ediante la siguiente ecuación0
P= Sp ( fpc −fsis ) ( 2 ) $onde $onde de la figura figura :
?@A* o -?@A*, fpc -?@A*, fpc es es la frecuencia en !acío fsis es fsis es la frecuencia de operación del siste(a 9:;.
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&uando es aDadida una carga en atraso a un generador síncrono, su !olta+e en ter(inales dis(inue. Igual(ente, cuando se aDade una carga en adelanto a un generador síncrono, se incre(enta su !olta+e en ter(inales. Esto ace posible crear una gr)fica del !olta+e en las ter(inales la potencia reacti!a la cual puede ser obser!ada en la figura 6 9:;0
GD ( )=
∆ f ( fsc− fpc ) = (5 ) ∆P Ppc
GD ( )=
GSR∗fpc ( 6) Ppc
0+ué elemento dentro de una central 1idroeléctrica se encarga de regular la frecuencia y por qué2
El /S# se encarga de regular la !elocidad del generador, a que la frecue frecuenci nciaa est) est) relaci relaciona onada da con la !eloci !elocidad dad ta(bié ta(bién n se regula regula la frecu frecuenc encia, ia, ade() ade()ss existe existen n !arios !arios (étodos de regulación en una central idroeléctrica, dado que que la regu regula laci ción ón de la frec frecue uenc ncia ia es ine inere rent ntee a la regulación de otras características de potencia, existen tres (étodos Ltiles para la regulación de la frecuencia en una central idroeléctrica0 idroeléctrica0 Figura &! #urva de volta'e en las terminales ()*" vs la potencia reactiva (+" $%.
'a relaci relación ón del !olta+e !olta+e la potenc potencia ia reacti reacti!a !a se puede puede expresar (ediante una ecuación si(ilar a la ecuación 6. 7ara cualquier cualquier potencia potencia reacti!a, reacti!a, la corriente corriente de ca(po ca(po controla el !olta+e en las ter(inales VT del generador 9:;. #onsulte acerca del significado de las expresiones -, F/ y /, y cuáles son los valores típicos de estos términos en los generadores. -! /enerator /enerator slip ring a, el cual es un generador síncrono que cuenta con un diseDo para la !ariación de la frecuencia en siste(as de potencia &, posee !elocidades !ariables de :2F22 a 64222 rp(, ade()s cuenta con una eficienc eficiencia ia electro( electro(agnét agnética ica del 6G su capacida capacidad d de generación es de 2 a :62 HV en caso de sobrecargas puede producir :F2HV :F2HV 96;.
El acróni acróni(o (o - ta(bién puede referirse a0
GSR ( )=
fsc − fpc nsc −npc = (3 ) fpc npc
Regulador eléctrico-electrónico: eléctrico-electrónico: Es un regulador electr electróni ónico co acopl acoplado ado eléct eléctric rica(e a(ente nte con un (otor (otor de a(bos sentidos de giro. Esta acoplado (ec)nica(ente a la !)l!ula de control de entrada de agua a la turbina, cuando au(enta la frecuencia, el regulador electrónico en!ía una seDa seDall al (oto (otorr para para que que gire gire la !)l! !)l!ul ulaa de entr entrad ada, a, dis(i dis(inu nuaa el caudal caudal de agua agua que entra entra a la turbi turbinaM naM cuando dis(inue la frecuencia, en!ía una seDal al (otor para que abra la !)l!ula. $e esta for(a se controla la !elocidad de rotación de la turbina, con ello, la frecuencia el !olta+e, la(entable(ente no es (u eficiente en cuanto al (antener constante la frecuencia en 32 A* 91;. Venta+a0 &ontrola el caudal que entra a la turbina. $es!enta+as0 &ostoso, respuesta lenta ante las !ariaciones de la frecu frecuenc encia ia el !olta+ !olta+e, e, se (anti (antiene enen n pequeD pequeDas as oscilaciones de la frecuencia requiere personal calificado para su (anteni(iento (anteni(iento 91;. Regulador electrónico: electrónico: El regu regula lado dorr elec electr trón ónic ico, o, o regulador de carga fantas(a, tiene co(o función (antener consta constante nte la poten potencia cia genera generada, da, la turbin turbinaa funcio funciona na a potencia constante, constante, de an)lisis de flu+o de potencia tene(os que 91;0
Pg= Pd + Pc ( 7 )
&uo !alor típico es del 6 al 4G. F/! recuenc $roop #ote 9A*@-;
FDR ( )=
1 ∆ f fsc −fsis = = (4 ) ∆ P Psc − Ppc Sp
/! /o!ernor $roop 9A*@H;, es la caída de la frecuencia en un generador a (edida que se incre(enta la potencia, que se entrega a la carga, obsér!ense las ecuaciones K 3.
7ero para este este caso, Pg es es la potencia potencia generada generada,, Pd es la potencia disipada en el banco de resistencias Pc Pc es la potencia consu(ida por la población. 'a energía no consu(ida es disipada en for(a de calor en un banco de resist resistenc encia ias, s, que genera general( l(ent entee se ubica ubica en la casa casa de ()qu ()quin inas as.. 'a ener energí gíaa disi disipa pada da est) est) en func funció ión n de la frecue frecuenci nciaa gener generada ada por el genera generador dor de la turbi turbina, na, el regulador regulador est) constante( constante(ente ente co(paran co(parando do la frecuenc frecuencia ia generada, con un una referencia 91;. Si la frecuencia generada es (aor que la de referencia patrón, el regulador des!ía ()s energía al banco de resistencias. $e la (is(a for(a, si la frecuencia generada
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es (enor que la de referencia patrón, el regulador des!ía (enos energía al banco de resistencia. Venta+as0 Es econó(ico, (antiene constantes la frecuencia el !olta+e, traba+a de for(a se(iauto()tica. se(iauto()tica. $es!enta+a0 "o controla el caudal del agua, por lo que, en lugares donde ésta es escasa, no debe ser instalado 91;. Regulador mixto: Este siste(a de regulación est) basado en los dos tipos de regulador anteriores, tiene la posibilidad de controlar la de(anda eléctrica el flu+o de agua que entr entraa a la turb turbin ina. a. Su func funcio iona na(i (ien ento to es tota total( l(en ente te auto()tico el a+uste de la frecuencia es instant)neo, a que se reali*a por el regulador electrónico, la disipación de energía es (uco (enor que en el caso del regulador electrónico 91;. 7or otra parte, una !e* que el banco de resistencia cede la energía que estaba disipando, el (otor eléctrico ace girar la !)l!ula de entrada para que !aríe el flu+o de agua, lle!e de nue!o nue!o al banco banco de resist resisten encia ciass a disipa disiparr la (is(a (is(a cant cantid idad ad de ener energí gíaa que que esta estaba ba disi disipa pand ndo o ante antess del del dese desequ quil ilib ibri rio. o. &on &on este este trab traba+ a+o o co(b co(bin inad ado o se logr lograa (antener la frecuencia el !olta+e constantes , ade()s, dis(inuir la cantidad de agua e(pleada en disipar energía 91;. Venta+as nta+as00 &ontro &ontrola la el cauda caudall que entra entra a la turbin turbinaa (antiene constantes constantes la frecuencia el !olta+e 91;. 3uestre en un diagrama fasorial el efecto de variar la corriente de campo manteniendo constante la potenc ia de salida y la frecuencia.
Figura 4! Efecto del incremento en la c orriente de campo del mecanismo con potencia constante $%.
V. #EE #EE# #E"&I "&IS S [1] Step Stepe en n &ap &ap(a (an, n, -aqu -aquin inas as eléc eléctr tric icas as Kta Kta Ed, Ed, -c/raCAil -c/raCAill@int l@intera( era(eric ericana ana editores, editores, S.. 62:6, pp :P3C:F6. 96; 96; Tecno cnodi dina na(i (i>a >a.. GSR-90/1 GSR-90/120 20 Generator Generator.. $isponible en0 ttp0@@tecnodina(i>a.ru@en@ 91; &uba ubaSol Solar. ar. Reguladores Reguladores hidroeléctricos hidroeléctricos.. $ispon $isponibl iblee en0 ttp0@@.cubasolar.cu@biblioteca@Energia@EnergiaK4@ AT-'@rticulo24.t( 94; 94; "ati "ation onal al Inst Instru ru(e (ent ntss T-. easure!ent easure!ent $isponible en0 ttp0@@.ni.co(@(studio@esa@
Si la potenc potencia ia su(ini su(inistr strada ada es consta constante nte a (edid (edidaa que ca(bia ca(bia la corri corrient entee de ca(po, ca(po, entonc entonces es las distan distancia ciass proporcionales proporcionales a la potencia en el diagra(a fasorial de la figura 1 no pueden ca(biar. &uando a un incre(ento en la corr corrie ient ntee de ca(p ca(po, o, se incr incre( e(en enta ta el flu+ flu+o o si se incr incre( e(en enta ta el flu+ flu+o o Ea se incr incre( e(en enta ta pero pero Ea debe debe per(anecer constante, constante, entonces el Ea debe desli*arse sobre la líne líneaa de pote potenc ncia ia cons consta tant nte. e. $ebi $ebido do a que que VN es constante, el )ngulo +sIa ca(bia por lo tanto, ca(bia el )ngulo la (agnitud de Ia co(o la potencia reacti!a est) !inc !incul ulad adaa con con la corr corrie ient ntee de ca( ca(po, po, ento entonc nces es un incre( incre(ent ento o en la corri corrient entee de ca(po ca(po (ante (anteni niend endo o la potencia de salida la frecuencia constante causa el au(ento de la potencia reacti!a en el generador 9:;.
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