GENERADORES SINCRONICOS

GENERADORES SINCRONICOS CAPITULO 4

• Los generadores sincrónicos son maquinas sincrónicas utilizadas para convertir POTENCIA MECANICA a POTENCIA ELECTRICA AC.

GENERADORES SINCRONICOS

• Se aplica una corriente dc, entonces el rotor del generador gira mediante un motor primario. El campo magnético rotacional induce un grupo trifásico de voltajes en los devanados del estator del generador.  Devanado de Campo.  Devanado de Armadura.

• El rotor de un generador sincrónico es una gran electroimán. Los polos magnéticos pueden ser:  Salientes

No salientes

CONSTRUCCION DE GENERADORES SINCRONICOS

• Se debe suministrar corriente dc al circuito del campo del rotor. Existes dos formas de administrar esta potencia dc. 1. Suministrar potencia dc desde una fuente dc externa al rotor por medio de ANILLOS ROZANTES o ESCOBILLAS. 2. Suministrar la potencia dc desde una fuente dc especial montada directamente en el eje del generador sincrónico.

ANILLOS ROZANTES: Anillos metálicos que circulan el eje de la maquina pero que están aislados de el. ESCOBILLA: Bloque de compuesto de carbón grafitado que conduce la electricidad libremente y tiene baja fricción.

Los anillos rozantes y la escobilla crean algunos problemas, pues exigen mas mantenimiento en la maquina ya que se debe revisar las escobillas por el desgaste. A pesar de este problema, los anillos y escobillas se utilizan en toda maquina sincrónica pequeña ya que ningún otro suministro es adecuado por el costo.

• En generadores en motores grandes se utilizan excitadores sin escobillas para suministrar la corriente a la maquina. EXCITADORES SIN ESCOBILLAS: Es un generador Ac pequeño. La salida trifásica del generador excitador es rectificada a corriente directa.

Para que la excitación sea COMPLETAMENTE INDEPENDIENTE de cualquier fuente de potencia externa, se incluye un pequeño excitador piloto en el sistema. EXCITADOR PILOTO: Pequeño generador ac de imanes permanentes. Este generador produce la potencia para el circuito de campo del excitador que controla el circuito de campo de la maquina principal

SINCRONICOS: La frecuencia eléctrica producida esta sincronizada con la tasa mecánica de rotación del generador. • El campo magnético del rotor apunta en cualquier dirección según gire el motor. La relación entre la tasa de giros de campos magnéticos de la maquina y la frecuencia eléctrica del estator se expresa:

• Esta ecuación relaciona la velocidad de rotación del rotor con la frecuencia eléctrica resultante.

VELOCIDAD DE ROTACION DE UN GENERADOR SINCRONICO

• La magnitud del voltaje inducido en un estator es: • Este voltaje depende del flujo ɸ en la maquina. Para resolver ejercicios, la ecuación se escribe de forma mas simple: • Si ω se expresa en radianes eléctricos por segundo:

• Si ω se expresa en radianes mecánicos por segundo:

Voltaje interno generado por un generador sincrónico

• El voltaje 𝐸𝐴 no es usualmente el voltaje que aparece en los terminales del generador. La única vez en la que 𝐸𝐴 es igual al voltaje de salida 𝑉∅ de una fase es cuando no fluye corriente de armadura en la maquina. Los factores son: o o o o

La distorsión del campo magnético del entrehierro. La autoinductancia de las bobinas de la armadura. La resistencia de las bobinas de la armadura. El efecto de la forma de los polos salientes del rotor.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN GENERADOR SINCRONICO

• El primer efecto es la REACCION DEL INDUCIDO: se llama así puesto que la corriente del inducido (estator) afecta al campo magnético que la produce en primera instancia.

• Con dos voltajes en los devanados estatóricos, el voltaje total de una fase es la suma del voltaje interno generado 𝐸𝐴 y el voltaje de reacción del inducido 𝐸𝑆𝑇𝐴𝑇 : • El campo magnético 𝐵𝑛𝑒𝑡 es: • El voltaje de reacción del inducido es: Y el voltaje en una fase: Observando:

• Debido a que los voltajes de un generador sincrónico son alternos, usualmente se expresan como fasores. • Cunado los voltajes en una fase y la corriente IA en la fase se grafican de tal forma que muestren relacion entre ellas,a este grafico se le llama Diagrama fasorial.

Diagrama Fasorial de un Generador Sincrónico

• No toda la potencia mecánica que entra al generador sincrónico se convierte en potencia eléctrica a la salida de la maquina. La diferencia entre potencia de entrada y salida representa las perdidas de la maquina. • La siguiente figura muestra el diagrama de flujo de potencia para un generador sincrónico

Potencia y Par

• 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑣 = 3𝐸𝐴 𝐼𝐴 cos 𝛾 La Potencia eléctrica real de salida se puede expresar en cantidades de línea a línea como: 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉𝑇 𝐼𝐿 cos 𝜃 Y en cantidades de fase como : 𝑃𝑜𝑢𝑡 = 3𝑉∅ 𝐼𝐴 cos 𝜃 Ignorando la resistencia del inducido RA , se puede deducir una ecuación útil para aproximar la potencia de salida del generador.

• El par inducido de un generador se puede expresar como:

• Una expresión alternativa para el par inducido en un generador sincrónico es :

• Se debe tener en cuenta tres parámetros para el comportamiento de un generador síncrono real: I. La relación entre la corriente de campo y el flujo II. Reactancia síncrona III. La resistencia del inducido

Medición de los parámetros del modelo del generador sincrónico

• • • •

El generador se hace girar a velocidad nominal Se desconectan los terminales de cualquier carga Se establece la corriente de campo como cero(0) Se incrementa gradualmente por etapas la corriente de campo y se mide los voltajes en los terminales de cada etapa • Con los terminales abiertos:

Prueba de circuito abierto en el generador

• Se establece la corriente de campo igual a cero • Se hace cortocircuito en los terminales del generador • Entonces se mide la corriente inducida(𝐼𝐴 ) o la corriente de línea(𝐼𝐿 ) conforme se incrementa la corriente de campo

Prueba de cortocircuito en el generador

• Se define como la relación entre la corriente de campo que se requiere para el voltaje nominal en circuito abierto ya la que se requiere para la corriente del inducido nominal en cortocircuito.

Relación de cortocircuito

• El comportamiento de un generador síncrono con una carga varia mucho, lo cual depende del factor de potencia de la carga y de que el generador opere solo o en paralelo con otros generadores síncronos.

Generador sincrónico que opera solo

• Un incremento en la carga es un aumento de potencia real, reactiva o ambas • Un incremento en la carga aumenta la corriente de la cara que se obtiene del generador • Corriente de campo es constante • Flujo constante • Velocidad constante del motor principal • La magnitud del voltaje interno generado es constante

Efecto de los cambios en la carga en un generador síncrono que opera solo

• Se examina un generador que opera con un factor de potencia en retraso; si se añade mas carga con el mismo factor de potencia entonces se incrementa pero mantiene el mismo ángulo Ɵ con respecto a por lo tanto el voltaje de reacción en el inducido es mayor que antes pero tiene el mismo ángulo. • Diagrama fasorial:

• Conforme se incremente la carga el abruptamente

decrece

• Se carga el generador con cargas con factores de potencia unitarios

• Se observa que

decrece tan solo ligeramente

• Se carga el generador con cargas con factores de potencia en adelanto

• Se observa que

aumenta

• Si se añaden cargas en retraso el voltaje en los terminales decrece significativamente • Si se añaden cargas con factores de potencia unitarios el voltaje en los terminales tiene una pequeña disminución • Si se añaden cargas en adelanto el voltaje en los terminales aumenta

conclusiones

• La regulación de voltaje (VR) de un generador se obtiene con: 𝑉𝑆𝐶 − 𝑉𝑃𝐶 𝑉𝑅 = ∗ 100% 𝑉𝑃𝐶 𝑉𝑆𝐶 : Voltaje sin carga del generador 𝑉𝑃𝐶 : Voltaje a plena carga del generador

• En el mundo actual es muy raro encontrar que un generador síncrono suministre independiente su propia carga, salvo en los generadores de emergencia. • En todas las demás aplicaciones de generadores hay más de uno que opera en paralelo para suministrar la potencia demandada por las cargas.

OPERACIÓN EN PARALELO DE GENERADORES DE AC

• Varios generadores pueden suministrar más carga que una sola máquina. • Al tener muchos generadores se incrementa la confiabilidad del sistema puesto que la falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida de la totalidad de la carga. • Al tener muchos generadores operando en paralelo es posible retirar uno o varios de ellos para efectuar mantenimiento preventivo. • Si se utiliza un solo generador y éste no se encuentra operando cerca de plena carga, será relativamente ineficiente. Sin embargo, al emplear varias máquinas pequeñas es posible operar sólo una fracción de ellas. Las que operan lo hacen a cargas cerca de la plena carga y, por tanto con más eficiencia.

¿Por qué operan en paralelo los generadores sincrónicos?

Si se cierra arbitrariamente el interruptor en cualquier momento, los generadores están sujetos a daños severos y la carga puede perder potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en los conductores conectados conjuntamente, habrá un flujo de corriente muy grande cuando el interruptor se cierre. Para llevar a cabo lo anterior, deben cumplirse las siguientes condiciones de puesta en paralelo:

Condiciones de puesta en paralelo

• Los voltajes rms de línea de los dos generadores deben ser iguales. • Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fases. • Los ángulos de fase de las dos fases a deben ser iguales. • La frecuencia del nuevo generador, llamado en aproximación, debe ser ligeramente mayor que la frecuencia del sistema en operación.

• Supóngase que se va a conectar el generador G2; para conectarlo en paralelo debe seguirse los siguientes pasos:

Procedimiento general para poner generadores en paralelo

• Primero, utilizando voltímetros, debe ajustarse la corriente de campo del generador en aproximación hasta que el voltaje en los terminales de éste sea igual al voltaje de línea del sistema que se encuentra funcionando. • Segundo, se debe comparar la secuencia de fases del generador en aproximación con la secuencia de fases del sistema en funcionamiento conectando alternadamente un pequeño motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores. • Después se ajusta la frecuencia del generador en aproximación para hacerla ligeramente mayor que la del sistema en operación. ¿Cuándo puede decirse que los dos sistemas están en fase? Una manera sencilla es observar las tres lámparas ya descritas en el análisis de la secuencia de fases.

• Todos los generadores son accionados por un motor primario, que es la fuente de potencia mecánica del generador. • Independientemente de la fuente original de potencia, todos los motores primarios tienden a comportarse de manera similar: cuando la potencia tomada de ellos se incrementa, decrece la velocidad a la cual giran.

Características de frecuencia-potencia y voltaje-potencia reactiva en un generador sincrónico

• La caída de velocidad (SD) de un motor primario se define mediante la ecuación: 𝑛𝑠𝑐 −𝑛𝑝𝑐 SD =

𝑛𝑝𝑜

𝑥100%

• donde nsc es la velocidad del motor primario en vacío y npc es su velocidad a plena carga. • La relación entre frecuencia y potencia puede describirse cuantitativamente por la ecuación : .

P=sP(fsc- fsis) donde : P = potencia de salida del generador . fsc = frecuencia del generador en vacío. fsis = frecuencia de operación del sistema. sP =pendiente de la curva, en kW/Hz o MW/Hz

Para resumir, cuando un solo generador alimenta un sistema de cargas, entonces 1. Las potencias real y reactiva suministradas por el generador serán la cantidad demandada por la carga conectada. 2. Los puntos de ajuste del. gobernador del generador controlarán la frecuencia de operación del sistema de potencia. 3. La corriente de campo (o los puntos de ajuste de campo del regulador) controla el voltaje en los terminales del sistema de potencia. Ésta es la situación de los generadores que operan aisladamente en ambientes lejanos.

Cuando se conecta un generador síncrono a un sistema de potencia, con frecuencia es tan grande que nada de lo que haga el operador del generador tendrá mucho efecto en dicho sistema de potencia. Para entender el comportamiento de un generador conectado a tan gran sistema, es preciso examinar un sistema que consta de un generador y un barraje infinito en paralelo, utilizado para alimentar una carga. Se supone que el motor primario del generador posee un mecanismo gobernador, pero el campo se controla manualmente mediante una resistencia.

Operación de generadores en paralelo con grandes sistemas de potencia

GENERADOR SÍNCRONO QUE OPERA EN PARALELO CON UN BUS INFINITO

Para resumir, cuando un generador está operando en paralelo con un bus infinito: 1. La frecuencia y el voltaje en los terminales del generador son controlados por el sistema al cual está conectado. 2. Los puntos de ajuste del gobernador del generador controlan la potencia real suministrada por el generador al sistema. 3. La corriente de campo del generador controla la potencia reactiva suministrada por el generador al sistema. Esta situación es el reflejo de cómo operan los generadores reales cuando se encuentran conectados a un sistema de potencia muy grande.

• Cuando un generador opera solo, las potencias real y reactiva (P y Q) suministradas por el generador son constantes y deben ser iguales a las demandadas por la carga, y la frecuencia y el voltaje en terminales varían de acuerdo con los puntos de ajuste del gobernador y la corriente de campo.

Operación de generadores en paralelo con otros de igual tamaño

• Si un generador se conecta en paralelo con otro de igual tamaño, el sistema resultante se muestra en la figura:

Para resumir, en el caso de dos generadores que operan conjuntamente: 1. El sistema está restringido porque la potencia total suministrada conjuntamente por los dos generadores debe ser igual a la cantidad consumida por la carga. Ni fsis ni VT , están forzados a permanecer constantes. 2. Para ajustar la repartición de potencia real entre los generadores sin cambiar fsis, se incrementan los puntos de ajuste del regulador de uno de los generadores mientras se disminuyen los del otro regulador. La máquina cuyos puntos de ajuste en el regulador fueron aumentados, alimentará más carga. 3. Para ajustar fsis sin cambiar la repartición de potencia real, se aumentan o se disminuyen simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador de los generadores. 4. Para ajustar la distribución de potencia reactiva entre generadores sin cambiar VT aumenta la corriente de campo de uno de los generadores mientras se disminuye la corriente de campo del otro. La máquina cuya corriente de campo fue aumentada tomará más cantidad de la carga reactiva. 5. Para ajustar VT sin cambiar la repartición de potencia reactiva, simultáneamente se aumentan o se disminuyen las corrientes de campo de los dos generadores.

• Es muy importante que cualquier generador síncrono que opere en paralelo con otros generadores tenga una característica de frecuencia-potencia descendente. Si dos generadores tienen características planas o casi planas, la repartición de potencia entre ellos puede variar ampliamente con los más mínimos cambios en la velocidad de vacío.

Cundo el par aplicado al eje de un generador o la carga de salida de un generador cambia súbitamente, siempre hay un transitorio (oscilación momentánea) que dura un periodo finito antes de que el generador retorne a su estado estacionario.

En el momento exacto de t = 0, se cierra el interruptor que conecta el generador al sistema de potencia, lo que causa que fluya una corriente en el estator. Puesto que el rotor del generador aún está girando con velocidad mayor que la del sistema, continúa moviéndose adelante del voltaje del sistema VØ.

TRANSISORIOS OSCILACIONES MOMENTÁNEAS) EN LOS GENERADORES SÍNCRONOS

Si el generador estuviera girando a menor velocidad que la sincrónica cuando se pone en paralelo con el sistema de potencia, el rotor quedaría atrás de los campos magnéticos netos y se induciría un par en la dirección del movimiento sobre el eje de la máquina. Este par aumentaría la velocidad del rotor hasta que éste gire de nuevo a la velocidad sincrónica.

• ESTABILIDAD TRANSITORIA EN LOS GENERADOERES SÍNCRONOS Para entender la razón de este límite, considérese de nuevo el generador de la figura:

Si se incrementa súbitamente el par aplicado por el motor primario (Tap), se comenzará a acelerar el eje del generador y se incrementará el ángulo del par δ como se describe. Conforme se incrementa el ángulo δ, el par inducido Tind del generador se incrementará hasta un ángulo δ en el que Tind es igual y opuesto a Tap . Éste es el punto de operación en estado estacionario del generador con la nueva carga.

Teniendo la siguiente figura:

si en cualquier momento de la respuesta transitoria, el par instantáneo excede Tmax, el generador sincrónico será inestable. El tamaño de la oscilación depende de qué tan repentinamente se adicione la carga al generador sincrónico. Si la adición de carga es muy espaciada, la máquina casi podría ser capaz de alcanzar el límite de estabilidad estática. Así mismo, si la carga se adiciona de repente, la máquina sólo será estable hasta un límite mucho menor, el cual es muy complicado de calcular. Para cargas repentinas, el límite de estabilidad dinámica puede ser menor que la mitad del límite de estabilidad estática.

La condición transitoria más severa que puede ocurrir en un generador sincrónico es la situación en la cual los tres terminales del generador son cortocircuitados de repente. Tal corto en un sistema de potencia se llama falla. Cuando ocurre una falla en un generador sincrónico, el flujo de corriente resultante en las fases del generador se muestra en la siguiente figura:

Transitorios en cortocircuito en generadores sincrónicos

Antes de la falla, sólo están presentes voltajes y corrientes ac dentro del generador, mientras que después de la falla se encuentran presentes tanto corrientes ac como cd. Cuando ocurre la falla, la componente ac de la corriente salta a un valor muy grande, pero la corriente total no puede cambiar en ese instante. Debido a que los valores instantáneos de la corriente en el momento de la falla son diferentes en cada fase, la magnitud de la componente cd de la corriente será diferente en cada una de ellas.

El componente de ca simétrico de la corriente se muestra en la figura:

Puede ser dividida aproximadamente en tres periodos. Durante el primer ciclo o algo más, luego que se presenta la falla, la corriente AC es muy grande y decae con rapidez. Este periodo es llamado periodo subtransitorio. Al finalizar este periodo, la corriente continúa decayendo con más lentitud hasta alcanzar su estado estacionario. El periodo durante el cual la corriente decae con más lentitud se llama periodo transitorio, y el tiempo posterior, cuando alcanza el estado estacionario, se conoce como periodo de estado estacionario.

• Si la magnitud rms de la componente ac de la corriente se gráfica como función del tiempo sobre una escala semilogarítmica, es posible observar los tres periodos de la corriente de falla. Este diagrama se muestra en la siguiente figura:

• En tal gráfica es posible determinar las constantes de tiempo de las caídas en cada periodo.

Existen ciertos límites básicos de la velocidad y la potencia que pueden obtenerse de un generador sincrónico. Estos límites se expresan como valores nominales de la máquina. El propósito de los valores nominales es proteger el generador del daño que pudiera ocasionarle una operación inadecuada. Para este fin, cada máquina tiene un número de valores nominales indicados en la placa de características fijada en ella.

Los valores nominales típicos de una máquina sincrónica son el voltaje, la velocidad, la potencia aparente (kilovoltamperes), el factor de potencia, la corriente de campo y el factor de servicio

VALORES NOMINALES EN LOS GENERADORES SINCRÓNICOS

La frecuencia nominal de un generador sincrónico depende del sistema de potencia al cual está conectado. Las frecuencias comúnmente utilizadas hoy día en los sistemas de potencia son 50 Hz (en Europa, Asia, etc.), 60 Hz (en las Américas) y 400 Hz (en aplicaciones especiales y de control). Una vez se conozca la frecuencia, hay únicamente una velocidad de rotación posible para un número de polos dados. Quizá el valor nominal más obvio es el voltaje de operación al cual se diseña el generador. El voltaje de generación depende del flujo, la velocidad de rotación y la construcción mecánica de la máquina. Para un tamaño de estructura mecánica y velocidad dadas, cuanto mayor sea el voltaje deseado, mayor será el flujo requerido en la máquina. Sin embargo, el flujo no puede ser incrementado indefinidamente ya que hay siempre un máximo permisible de corriente de campo.

Voltaje, velocidad y frecuencia nominales

Hay dos factores que determinan los límites de potencia de las máquinas eléctricas. Uno es el par mecánico aplicado al eje de la máquina y el otro es el calentamiento de los devanados de la máquina. En todos los motores y generadores sincrónicos prácticos, el eje tiene suficiente capacidad mecánica para manejar mucho mayor potencia de estado estacionario que la de dimensionamiento nominal de la máquina; en consecuencia los límites prácticos de estado estacionario están dados por el calentamiento de los devanados. Hay dos devanados en un generador sincrónico y cada uno de ellos debe ser protegido de sobrecalentamiento. Estos dos devanados son el del inducido (armadura) y el de campo. La máxima corriente aceptable del inducido fija la potencia nominal aparente del generador puesto que la potencia aparente S está dada por: S=3VØIA

Valores nominales de potencia aparente y factor de potencia

La curva final de capacidad del generador sincrónico se muestra en la figura:

Es un dibujo de P contra Q, en que la potencia real P está sobre el eje horizontal y la potencia reactiva Q sobre el eje vertical. Las líneas de corriente del inducido IA constante aparecen como líneas de S=3VØIA las cuales son círculos concéntricos alrededor del origen. Las líneas de corriente de campo constante corresponden a líneas de EA constante, las cuales se muestran como círculos de magnitud 3 EA VØ/XS centrados en el punto.

Curvas de capacidad del generador sincrónico

El límite de la corriente del inducido aparece como el círculo correspondiente a la corriente nominal IA o a los kilovoltamperes nominales, y el límite de la corriente de campo aparece como el círculo correspondiente a IF o EA nominales. Cualquier punto situado entre ambos círculos es un punto de operación segura para el generador. También es posible mostrar otras restricciones en el diagrama, tales como la máxima potencia del motor primario y el límite de estabilidad estática. En la figura se muestra una curva de capacidad que refleja también la máxima potencia del motor primario.

También es posible utilizar un generador durante largos periodos a potencias que exceden los valores nominales, mientras los devanados no se calienten demasiado antes de remover el exceso de carga. Por ejemplo, un generador que suministre 1 MW indefinidamente podría suministrar 1.5 MW durante 1 minuto sin daño grave, y más bajos niveles de potencia, durante periodos progresivamente mayores. De todas maneras, la carga debe removerse al final o los devanados se sobrecalentarán. Cuanto más alta sea la potencia sobre el valor nominal, más corto será el tiempo que puede tolerarla la máquina. La elevación máxima de temperatura que puede soportar la máquina depende de la clase de aislamiento de sus devanados. Hay cuatro clases estándar de aislamientos: A, B, F y H. Aunque exista una variación en la temperatura aceptable, dependiendo de la construcción particular de la máquina y del método para medir la temperatura, estas clases corresponden generalmente a elevaciones de temperatura de 60, 80, 105 y 125 °C, respectivamente, sobre la temperatura ambiente. Cuanto mayor sea la clase de aislamiento de una máquina dada, mayor es la potencia que puede suministrar sin sobrecalentamiento de sus devanados.

Operación de corta duración y factor de servicio

• El sobrecalentamiento de los devanados es un problema muy grave en un motor o un generador. Una vieja regla empírica indicaba que por cada 10 °C de elevación de temperatura por encima de la nominal del devanado, la vida media de la máquina se reducía en la mitad. Los materiales de aislamiento modernos son menos susceptibles de ruptura que los de antes, pero las elevaciones de temperatura aún acortan dramáticamente sus vidas. Por esta razón una máquina sincrónica no debe sobrecargarse a menos que sea necesario.

EJERCICIOS APLICATIVOS 1. En un lugar en Europa, es necesario suministrar 300 kW de potencia 60 Hz-. Las únicas fuentes de energía disponibles funcionan a 50 Hz. Se decidió generar el poder por medio de un conjunto motor-generador que consiste en un motor síncrono de la conducción de un generador síncrono. ¿Cuántos polos debe cada uno de los dos máquinas tienen el fin de convertir la energía de 50 Hz a 60 Hz de energía?

• SOLUCION: La velocidad de una máquina síncrona está relacionado con su frecuencia por la siguiente ecuación: Para hacer una 50 Hz y una máquina 60 Hz tener la misma velocidad mecánica de modo que puedan ser acoplados juntos, vemos que:

Por lo tanto, un motor síncrono de 10 polos debe ser acoplado a un generador síncrono 12 polos para llevar a cabo esta conversión de frecuencia

• 2. Un Generador Síncrono de 13,8 kV, 10 MVA-0.8-PF-retraso de 60 Hz de dos polos del generador de turbina de vapor conectada en Y tiene una reactancia síncrona de 12 Ω por fase y una resistencia de armadura de 1,5 Ω por fase. Este generador es operado en paralelo con un sistema de gran potencia (barra infinita) (a) ¿Cuál es la magnitud de la EA en las condiciones nominales? • (b) ¿Cuál es el ángulo de torsión del generador en las condiciones nominales? • (c) Si la corriente de campo es constante, ¿cuál es la potencia máxima posible de este generador? ¿Cuánto • reserva de potencia o el par no tiene este generador a plena carga? • (d) En el poder absoluto máximo posible, la cantidad de energía reactiva este generador suministrará o consumir? Dibuje el diagrama fasorial correspondiente. (Suponga SI sigue siendo sin cambios.)

• SOLUCION: (a) La tensión de fase de este generador en las condiciones nominales es: La corriente de armadura por fase en las condiciones nominales es: Por lo tanto, la tensión generada interna en las condiciones nominales es:

La magnitud de una E es 12.040 V.

• (b) El ángulo de torsión del generador en las condiciones nominales es δ = 17,6 ° • (c) Haciendo caso omiso de RA, la potencia de salida máxima del generador está dado por: La potencia a carga máxima es de 8 MW, por lo que la potencia de salida máxima es de tres veces la salida de carga completa de energía. • (d) El diagrama fasorial en estas condiciones se muestra a continuación:

En estas condiciones, la corriente del inducido es

La potencia reactiva producida por el generador en este punto es

El generador es en realidad consumiendo potencia reactiva en este momento.

3. Un Generador Síncrono A 480-V, de 100 kW, de dos polos, trifásica, 60 Hz motor primario del generador síncrono tiene una velocidad sin carga de 3630 r / min y una velocidad a plena carga de 3.570 r / min. Se está operando en paralelo con un 480-V, 75 kW, de cuatro polos,60 Hz generador síncrono cuyo motor principal tiene una velocidad en vacío de 1.800 r / min y una carga completa Velocidad de 1785 r / min. Las cargas alimentadas por los dos generadores constan de 100 kW a 0,85 PF rezagado.

• (a) Calcular la velocidad cae del generador 1 y el generador 2. • (b) Halle la frecuencia de operación del sistema de potencia. • (c) Hallar la energía suministrada por cada uno de los generadores en este sistema. • (d) En caso de VT es de 460 V, ¿qué deben los operadores del generador hacen para corregir la tensión en los bornes de baja?

• SOLUCION:

a) La caída de velocidad del generador 1 está dada por:

• La caída de velocidad del generador 2 está dada por

(b) La energía suministrada por el generador 1 está dada por: y la potencia suministrada por el generador 2 está dada por

• Pendiente del curva de potencia de generador 1 es

Pendiente del curva de potencia de generador 2 es

• La frecuencia sin carga del generador 1 es 60,5 Hz y la frecuencia en vacío del generador 2 es 60 Hz. la • potencia total que deben suministrar es de 100 kW, por lo que la frecuencia del sistema se puede encontrar a partir de las ecuaciones

• (c) La energía suministrada por el generador 1 está:

La energía suministrada por el generador 2 es

• (D) Si la tensión del terminal es de 460 V, los operadores de los generadores deben aumentar las corrientes de campo en ambos generadores simultáneamente. Esa acción se incrementará las tensiones en los terminales del sistema sin cambiar el reparto de poder entre los generadores.