Unidad-II maquinas 2

Resolver las siguientes preguntas y ejemplos: 1. Escriba porque se deben conectar los generadores en paralelo. R: En la mayoría de las aplicaciones de generadores de corriente alterna se encuentra más de una máquina actuando en paralelo para suministrar la potencia demandada por la carga. 2. Describa en forma sencilla que es una conexión en anillo por parte de Comisión Federal de Electricidad. R: La conexión en anillo por parte de CFE se refiere a que los generadores que tienen conectados en paralelo forman un anillo en donde todo lo que está dentro del mismo esta energizado por CFE, además dentro de ese anillo tienen más anillos que representan las etapas de transmisión, de distribución y de consumo de la energía eléctrica. 3. Enuncie las características y condiciones para conectar generadores en paralelo. R: Deben de tener los mismos voltajes de línea, tener la misma secuencia de fase, los ángulos de fase deben de ser iguales y la frecuencia del nuevo generador debe de ser ligeramente mayor que la frecuencia del sistema. 4. Explique cómo trabaja un generador en vacío. R: Para esto, se opera el generador a velocidad nominal, se desconecta toda la carga eléctrica (operación sin carga) y se reduce a cero la corriente de excitación (corriente continua en el campo o rotor); luego se va aumentando la corriente de excitación por etapas, determinando en cada paso el voltaje en terminales.. En estas condiciones, (IA1 = 0), de tal manera que (EA1 = V1), para las tres fases y se traza una gráfica de (VT) contra (IF), la cual se conoce como característica de vacío del generador, con esta característica es posible obtener el voltaje generado internamente para cualquier corriente de campo del generador, la siguiente figura presenta una curva característica de vacío típica:

5. Explique cómo trabaja un generador con carga. R: Trabajar con carga eléctrica el generador, es aumentar la potencia activa y la potencia reactiva tomada de la máquina, con la cual se aumenta también la corriente de línea y de fase, pero permanece constante la velocidad, el voltaje de línea y de fase. Entonces si estos parámetros permanecen constantes, que es lo que varía cuando se aumenta la carga, teniendo en cuenta las restricciones del generador.

Para observar lo anterior, se deben de obtener gráficas de Voltaje de fase y de línea; contra Potencia Activa, Potencia Aparente, Potencia Reactiva y Factor de Potencia. Se conecta en las terminales del generador: carga resistiva, carga inductiva y carga capacitiva. Se obtiene con esta carga los diagramas vectoriales siguientes:

6. De los datos obtenidos del laboratorio en la Práctica No. 2, dibujar las gráficas: Velocidad vs Potencia y Frecuencia vs Potencia. R:

7. De los datos obtenidos de frecuencia del generador en vacío y frecuencia del sistema en el laboratorio de la Práctica No. 2, calcular la Potencia de Salida, para una pendiente de carga de 1MW/Hz. R:

8. Porqué la frecuencia de entrada de un generador que entra en paralelo con el sistema debe de ser mayor. R: Se pone a una frecuencia un poco mayor para que cuando entre al sistema entre suministrando potencia al sistema y no tomándola del mismo ya que en este caso entraría como motor (carga). 9. Porqué los voltajes entre terminales de un generador que entra en paralelo con el sistema deben de ser iguales, en caso contrario, que le sucede al sistema. R: Deben de ser iguales para no producir diferencias de tensión que perjudiquen al sistema. Si es que no son iguales se generara una corriente muy grande cuando se acoplen hasta que se igualen los dos voltajes causando daños al sistema. 10. Escriba que es “bus infinito” y porqué lo definen de esa manera. R: Es un sistema de potencia tan grande de generadores que mantienen siempre la misma tensión o voltaje y frecuencia y que a pesar de que se conecten distintos tipos de carga al “bus infinito” su voltaje y su frecuencia no varía. Es un concepto ideal pero casi real debido a que los cambios son mínimos en sistema de generación muy grandes. 11. Que le pasaría a un generador si entra al sistema y no cumple con las condiciones en paralelo. R: Puede que el generador entre como motor al sistema en lugar de ayudarle lo detenga ya que entra como carga. 12. Explique cómo se aumenta la frecuencia en un generador de corriente alterna. R: Aumentando su velocidad de rotación ya que si aumentamos la velocidad generara más pulsos por segundo y por lo mismo aumentará la frecuencia. 13. Explique cómo se aumenta el voltaje en un generador de corriente alterna. R: Aumentando la velocidad de la rotación de la flecha ya que aumenta la frecuencia y por consiguiente el valor RMS del sistema o aumentando la excitación de CC en el rotor. 14. Al estar trabajando un generador en forma individual con carga, que características eléctricas cambian cuando se le instala más carga inductiva, capacitiva y resistiva. R: Cambia su voltaje de salida de acuerdo al tipo de carga que se conecta al sistema, si es inductiva se reduce, si es capacitiva aumenta y si es resistiva debería de permanecer sin cambio alguno. 15. Cuando la carga es pequeña, que es más conveniente, repartir la carga en dos generadores en paralelo o usar un generador individual a carga nominal. R: Es conveniente usar dos generadores en paralelo solo cuando son cargas grandes y también solo si el generador puede aguantarlas, si es que un solo generador puede con la carga no es necesario conectar dos en paralelo.

16. Si se tiene un generador de 1.5 MVA a una eficiencia de 98% a plena carga, que potencia se requiere del primo motor, para impulsar a este alternador. R: n=0.98=Pent/Psal Psal=1.5MVA*0.9=1.35MW Pent=n*Psal=0.98*1.35MW=1.323MW=1773.45HP 17. Un generador sin pérdidas de 440 volts, seis polos, 100 amperes por línea, con factor de potencia unitario a plena carga: a).- Cuál sería su corriente de línea si se ajusta el factor de potencia a 90%. b).- Cuál sería su potencia aparente. c).- Cuál sería su potencia activa. d).- Que debe hacerse para cambiar su factor de potencia a 95% R: PACTIVA=√3*VL*IL =√3*440*100=76210.23watts a) IL=PACTIVA/√3*VL*FP=76210.23/(√3*440*0.9)=111.11A b) PA=√3*VL*IL =√3*440*111.11=84678.03VA c) PACTIVA=√3*VL*IL *FP=√3*440*111.11*0.9=76210.22watts d) Se debe de conectar un banco de capacitores para que el factor de potencia crezca, compensando el atraso de fase con una reactancia capacitiva que adelanta la fase.

18. Un generador, conectado en conexión delta, de 480 Volts, 60 Hz, cuatro polos, con una resistencia de armadura de 0.015 Ohm, reactancia de 0.1 Ohm y a plena carga la máquina entrega 1200 Amperes con factor de potencia de 90%, las pérdidas por fricción y ventilación son de 40 Kilowatts y las pérdidas del núcleo son de 30 Kilowatts: a).- Cuál es la velocidad del generador. b).- Cuál debe ser la corriente de campo del generador para lograr un voltaje en terminales de 480 Volts en vacío. c).- Si el generador suministra 1200 Amperes a una carga de factor de potencia de 80% en atraso, cuál debe ser su corriente de campo para sostener el voltaje terminal en 480 Volts. d).- En las condiciones de (c), que potencia entrega el generador y cuál es la eficiencia del generador. e).- Si repentinamente se desconectara la carga del generador, que sucedería con el voltaje nominal. R: 120𝑓 a) 𝑁𝑠 = 𝑃 120(60𝐻𝑧) 𝑁𝑠 = 4 Ns=1800RPM

𝑉

b) 𝐼 = 𝑅 480 𝐼= = 0.015 I=32000A c) 𝑉 = 𝐼𝑅 + 𝐼𝑍 Z=√0.0152 + 0.12 = 0.1 480 𝐼= = 472.9𝐴 0.015 + 0.1 I=472.9A d) 𝑃 = 𝑉𝐼𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑃𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = (480)(1200)(0.8) = 460800𝑊 𝑃𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑛= 𝑃𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 (22.04𝑥32.8)(1800) 𝑃𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = = 247.76𝐻𝑃=184082.96W 5252 460800 𝑛= = 2.5 184082.96 e) El voltaje nominal aumentaría 19. Un generador está alimentando una cierta carga. Una segunda carga debe ser conectada en paralelo con la primera. El generador tiene en vacío una frecuencia 61 Hz y una pendiente (Sp) de un MW/Hz. La carga 1 consume una potencia activa de 1000 KW a factor de potencia de 80%, mientras que la carga 2 consume 800 KW a factor de potencia de 70%. a).- Antes de cerrar el interruptor, cuál es la frecuencia de operación del sistema. b).- Después de conectada la carga 2, cuál es la frecuencia de operación del sistema. c).- Después de conectada la carga 2, que debe hacer el operador para restablecer los 60 Hz en el sistema.

R:

fsc=61Hz Sp=1MW/Hz Carga1=1000KW/0.8=1250KW=1.25MW Carga1=800KW/0.7=1142.85KW=1.1428MW Psal=Sp(fsc-fsist)=Sp*fsc-Sp*fsist a) fsist=(Sp*fsc-Psal)/Sp fsist=(61-1.25)=59.75Hz b) Psal=1.25+1.1428=2.39MW fsist=(Sp*fsc-Psal)/Sp fsist=(61-2.39)=58.61Hz c) Conectar un generador en paralelo para soportar la carga en el sistema o aumentar las RPM para que la fsc aumente y al conectar la carga quede en 60 Hz 20. La figura muestra dos generadores alimentando una carga. El generador-1 tiene en vacío una frecuencia de 61.5 Hz y una pendiente (Sp1) de 1 MW/Hz. El generador-2 presenta 61.0 Hz sin carga y una pendiente (Sp2) de 1 MW/Hz. Los dos generadores alimentan una carga total de 2.5 MW con factor de potencia de 90%. La característica resultante potenciafrecuencia del sistema o “Diagrama de Casa” se presenta en la segunda figura, responda lo siguiente: a).- A qué frecuencia funciona el sistema y que potencia suministra cada uno de los generadores. b).- Si se conecta al sistema una carga adicional de 1 MW, cuál será la nueva frecuencia del sistema y que potencia entregaría cada generador. c).- Al estar el sistema con la configuración del inciso (b), cuáles serán la frecuencia del sistema y las potencias de los generadores si la posición del gobernador del generador 2 se aumenta en 0.5 Hz.

R:

a) Según el diagrama de casa la frecuencia del sistema es de 60 Hz. Psal1=1.5MW Psal2=1MW b) PsalT=2.5MW+(1MW)=3.5MW PsalT=Psal1+Psal2=Sp(fsc1)-Sp(fsist)+ Sp(fsc2)-Sp(fsist) PsalT= Sp(fsc1)+ Sp(fsc2)-2*Sp(fsist) fsist= (Sp(fsc1)+ Sp(fsc2)- PsalT)/2*Sp fsist= ( (61.5)+ (61)- 3.5)/2 fsist=59.5Hz Psal1= Sp(fsc1-fsist)=(61.5-59.5)=2MW Psal2= Sp(fsc1-fsist)=(61-59.5)=1.5MW c) fsist= (Sp(fsc1)+ Sp(fsc2)- PsalT)/2*Sp fsist= ( (61.5)+ (61.5)- 3.5)/2 fsist=59.75Hz Psal1= Sp(fsc1-fsist)=(61.5-59.75)=1.75MW Psal2= Sp(fsc1-fsist)=(61.5-59.75)=1.75MW