Generador Sincrónico. Dr. Ing. Mario Guillermo Macri

Hidroalternador

Proceso de Bobinado de un Estator

de un Generador Sincrónico

La Fem inducida en cada fase tiene dos componentes:

Una componente transformatriz, solo existe si la derivada temporal del flujo es distinta de cero. Una componente rotacional, depende del valor de la velocidad del eje w_r

t

senw

N

w

e

=

φ

Naturaleza de la FEM Generada por fase

La tensión inducida en un GS es rotacional y no transformatriz como en el caso de transformadores

rot r o r

e

=

w

ψ

senw t

2

4.44

2

2

w

E

=

ψ

=



_

π



_

f N

φ

=

f N

φ





4.44

E

=

k

f N

φ

Eje magnético bobina estatórica A

Eje magnético bobina rotórica de

( )

( )

cos

wt

ψ

La componente de enlaces de flujo que produce la FEM es:

FEM rotacional FEM transformatriz 0 0 0

cos

d

d

e

N

w t w N senw t

dt

dt

ψ

ϕ

_ϕ

= −

= −

+

(La FEM rotacional resulta senoidal esta desfasada en atraso π/2 al flujo)

ψ

Método de análisis de la Impedancia Sincrónica

U

Ia

x

R

w

E

E

FEM eficaz de excitación [V/fase]

R

Resistencia de fase estatórica [/fase]

X

= wL

Reactancia sincrónica [/fase]

Z

= (Ra + jXad

)

Impedancia sincrónica [/fase]

Reactancia sincrónica:

X

= x

+ x

Circuito equivalente por fase (Método de Zd)

(

)

0 a a ad

U

=

E

−

I R

+

jx

FMM

Flujo

FEM inducida

En la armadura

Rueda polar (rotor) Nf.If

Φ

o

Eo

Armadura (estator)NIa

Φ

a

-jIa*xad

Fmm dispersión (k.NIa)

Φ

l

-jIa*xl

Este método considera que cada corriente produce

una FMM y un flujo que produce una FEM inducida

FEM inducidas en las fases estatóricas Reactancia de reacción de armadura Reactancia de dispersión

(

)

*

*

U

=

E

−

I R

−

jI x

−

jI x

=

E

−

jI R



_

+

x

+

x



_

δ

esta relacionado con la potencia activa que entrega la máquina y es positivo para un generador

Diagrama Fasorial de un GS de entrehierro constante

(Turboalternadores)

SR

  90 ( )   90

δ

=

−

ϕ δ

+ =

−

ψ

(

)

0

a

a

ad

U E I R

=

+

+

jx

UA

Ia

x

Ra

w

E0

Posición del eje magnético

polar en vacío

ψ

U

E

I

x

I

R

ϕ

δ

I

Ψ

I

δ

δ

I

x

I

x

Reacción transversal

Reacción Demagnetizante Reacción Magnetizante

Mantenimiento de U = cte variando la Iex (Eo)

siendo Ia = cte

Con corriente retrasada la RA es demagnetizante y se necesita mayor Iex (Eo) para mantener la U

Con corriente adelantada la RA es magnetizante y se necesita menor Iex (Eo) para mantener la U

0 π / 2 π 3/4 π 2π -1 -0.5 0 0.5 1 ángulo de par

Par electromagnético

P

=

UI

cos

_ϕ

(

ϕ

δ

)

cos

ψ

cos

E

I

E

I

P

=

+

=

w

P

P

w

P

T

2

3

3

=

=

(

)

sen

w

I

E

P

T

δ

2

3

=

El par electromagnético depende del estado de excitación (dado por la magnitud de E0)

De la velocidad sincrónica a la que es impulsada la máquina wr, y numero de

polos

De la magnitud de la corriente dada por la carga

Del seno del ángulo de par (o potencia), que físicamente es el ángulo que forman los campos magnéticos de la armadura y del rotor.

Característica Par – ángulo de la máquina sincrónica

La potencia activa interna por fase es: (Ver diagrama fasorial)

(Par electromagnético total)

0 1

3

cos

2

E I

T

P

w

ψ

=

•Si los ejes orientados en la misma dirección el ángulo δSR = 0 y el par será nulo

•Si los ejes están orientados entre 0 < δSR < π/2 el par va en aumento con δSR

•Si los ejes están a 900 eléctricos, δ_SR = π/2 el par es máximo

•Si los ejes están con un ángulo π/2 > δSR >π el par va disminuyendo con δSR

•Si δSR = π el par se anula

•Si δ_SR > π el par cambiará de signo

Curvas características Estaticas del GS

Característica de cortocircuito: Icc = f(Iex) weje = cte Característica de vacio: E = f(Iex) weje = cte

0 _b

4.44

E

=

k

f N

φ

1

1

E

E

I

E

E

Z

R

x

x

x









=

_

_

=

≈

=

_

_

+









La Icc no depende sustancialmente de la velocidad del motor de impulso, dado que la frecuencia interviene en el numerador y el denominador

A bajas vueltas se hace importante el valor de Ra frente a xd

Característica Externa U = f(Ia) cosφ=cte, weje = cte

Relación Nominal de Cortocircuito

Se define como: kcc = Icc/In

Representa la corriente de cortocicuito

como múltiplo de la nominal

Relación de cortocircuito

KCC

Turbogeneradores

Generadores de polos salientes con

devanado amortiguador Generadores de polos salientes sin devanado amortiguador

2p < 16 2P > 16 2P < 16 2P > 16

0.5 a 0.8 0.7 - 1.6 0.8 - 1.2 0.7 - 1.6 0.8 - 1.2

Como se deduce, la Icc siempre es menor que la nominal en turboalternadores

Ensayo para determinar la Impedancia Sincrónica

Ensayo en CC con In

Ensayo en vacio

UA CARGA Ia xad Ra wr E0 1) Medición de resistencia Ra 2) Ensayo en CC:

Se ajusta la Iex para tener Icc = In

3) Ensayo en vacío:

manteniendo la Iex se mide Eo

Zd=Eo

Método de Potier

●

Con una máquina saturada se debe trabajar con la FMM resultante de

los devanados de campo y armadura

●

La FMM de armadura no aparece en este caso pues aquí es una

componente de la FMM total.

●

Solo se considera la reactancia de dispersión de la armadura y se

FMM

Flujo

_{En la armadura}

FEM inducida

Resultante (Nf.If+NaIa)

Φ

res

Er

Fmm dispersión (k.NIa)

Φ

l

-jIa*xl

(

)

U

=

E I R

−

−

jI x

=

E

−

jI R

+

x

E

Ix

U

_IR

ϕ

I

Ψ

f

f

δ

f

f

La caida por reactancia de RA no existe (Se la tiene en cuenta al sumar las FMM)

Diagrama fasorial

de Potier

E

Ix

U

_IR

ϕ

I

Ψ

f

(

)

U

=

E I R

−

−

jI x

=

E

−

jI R

+

x

Diagrama fasorial de Potier

UA CARGA Ia

x

Circuito equivalente de Potier

Si la máquina pierde carga rápidamente

la corriente se hace cero, y la FMM de

armadura

fa = 0

E

Ix

U = 0

I

R

ϕ

≈90

I

Ψ

f

f

Punto C en cortocircuito con cosφ = 0 L

E ≈ Ia*xl pues la caída por resistencia es particularmente despreciable Iacc

x

F

– k

.F

= F

E= I

.Z

= AB

Z

= AB/I

En cortocircuito es aproximadamente:

f

colineal con

fo

y

f

(pueden sumarse aritmeticamente)

Fo debe vencer la fa e inducir

E

Ix

U = 0

I

R

ϕ

≈90

I

Ψ

f

f

Punto C en cortocircuito con cosφ = 0 L

E ≈ Ia*xl pues la caída por resistencia es particularmente despreciable U=0 Iacc

x

F

– k

.F

= F

E= I

.Z

= AB

Z

= AB/I

En cortocircuito es aproximadamente:

f

colineal con

fo

y

f

(pueden sumarse aritmeticamente)

Fo debe vencer la fa e inducir

E Ixl U IRa ϕ ≈0 Ia Ψ res

f

f

xl

En esta situación las FMM también son practicamente coliniales (pueden sumarse aritmeticamente) y además E ≈ U +Ia*zl

Punto de Potier

U

n

I

an

y cosφ = 0 L

A corriente nominal constante los lados del triángulo no varían.

Si se desplaza paralelamente, el punto A describe la característica de carga a In cos φ= 0 L

El punto D es el punto A cuando esta a Un (Punto de Potier) y permite determinar el Triángulo de Potier

El triángulo de Potier permite hallar: Reactancia de Potier Xp = QF/Ian Relación de Equivalencia Kad=FD/Ian

Determinación de la regulación de tensión (método de Potier)

Datos del Generador: Ra xp keFa

Datos de la carga:Ia U cosφ φ

Eo

%

100

E

U

u

U

−

=