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Paralelo de AlternadoresMario Vinicio Baculima Pintado

mbaculimap@est.ups.edu.ecCarlos Francisco Vizhñay Aguilar

cvizhnay@est.ups.edu.ecUniversidad Politécnica Salesiana - Sede Cuenca

Resumen—En el presente informe se da a conocer a cerca deexplicar la importancia que tiene la puesta en paralelo de losgeneradores, sus ventajas, y desventajas de los mismos, cuidadosque se debe tener, además sus aplicaciones en la industria, queprotecciones debemos tomar, su principio de funcionamiento, sudiseño y esquemas.

Index Terms—Alternador, Sincrono, Sincronoscopio, Secuencí-metro, Emparalelar.

I. INTRODUCCIÓN

Al igual que le ocurre a las dínamos, a veces es precisoacoplar eléctricamente dos o más alternadores. El acoplamien-to de los alternadores resulta más complejo que el de lasdínamos, debido a la presencia de una nueva característica,la frecuencia, cuyo valor debe ser rigurosamente igual paratodos los alternadores. En los alternadores no se usan nunca elacoplamiento en serie por no presentar interés práctico. Ade-más, el funcionamiento de un acoplamiento de alternadoresen serie es inestable y peligroso. Por consiguiente, sólo nosreferiremos al acoplamiento en paralelo en este ensayo.

II. CONSIDERACIONES INICIALES

La aplicación de alternadores en paralelo es con la finalidadsuministrar mayor potencia cuando se requiere una mayordemanda de carga en un sistema eléctrico.

Para poder llevar a cabo el emparalelamiento de alternadoresse debe de cumplir con las siguientes condiciones:

Los generadores tienen que ser de iguales tensiones.Los generadores tienen que tener iguales impedanciasinternas.La frecuencia de los alternadores deben de ser iguales.Los alternadores en paralelo deben de tener la mismasecuencia de fase.Los generadores deben ser de igual potencia.

III. PROCESO PARA LA PUESTA EN PARALELO

En la figura 1 se presenta un generador sincrónico G, quesuministra potencia a una carga, otro generador G. que sepuede emparalelar con G cerrando el interruptor.

Figura 1. Generadores en Paralelo

Si se cierra arbitrariamente el interruptor en cualquier mo-mento, los generadores están sujetos a daños severos y la cargapuede perder potencia. Si los voltajes no son exactamenteiguales en los conductores conectados conjuntamente, habrá unflujo de corriente muy grande cuando el interruptor se cierre.

III-A. Montaje

Antes de realizar el paralelo de los generadores se debepreveer que cada generador entregue el voltaje nominal, en lafrecuencia nominal y las secuencias de fase.

Si el generador G, se va a conectar al sistema en funcio-namiento que se presenta en la figura 1, para llevar a cabo elemparalelamiento deben darse los siguientes pasos.

Primero, utilizando voltímetros, debe ajustarse la corrientede campo del generador en aproximación hasta que el voltajeen los terminales de éste sea igual al voltaje de línea delsistema que se encuentra funcionando.

Se debe comparar la secuencia de fases del generador enaproximación con la secuencia de fases del sistema en funcio-namiento. La comprobación de la secuencia puede llevarse acabo de varias maneras.

Una forma de ellas consiste en conectar alternadamente unpequeño motor de inducción a los terminales de cada uno delos dos generadores. Si el motor gira en la misma direcciónen ambas ocasiones, la secuencia de fases es igual paralos dos generadores; si el motor gira en sentidos contrarios,la secuencia de fases difiere y deben invertirse dos de losconductores del generador en aproximación.

Otra forma de comprobar la secuencia de fases es el métodode las tres lámparas como se presenta en la figura 2. En estemétodo, se conectan tres lámparas a través de los terminalesabiertos del interruptor que conecta el generador al sistema.

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Figura 2. Método para comprobar la Secuencia de Fases

Figura 3. Secuencia de Fases

Como la fase cambia entre los dos sistemas, las lámparaslucirán primero brillantes (gran diferencia de fase) y luego seoscurecerán (pequeña diferencia de fase). Si las tres lámparasse iluminan y se oscurecen al mismo tiempo, entonces lossistemas tienen la misma secuencia de fases; si las lámparasbrillan sucesivamente, los sistemas tienen secuencias de faseopuestas y debe invertirse una de ellas.

En la figura 4 se presenta la secuencia de fases implementa-do en los laboratorios de la Universidad Politécnica Salesiana.

Figura 4. Secuencia de Fases Implementado

III-B. FrecuencímetroDespués se ajusta la frecuencia del generador en aproxi-

mación para hacerla ligeramente mayor que la del sistema en

operación. Esto se logra primero observando el frecuencímetrohasta que las frecuencias estén muy cercanas y luego se obser-van los cambios de fase entre los dos sistemas. El generadoren aproximación se ajusta a una frecuencia ligeramente másalta tal que cuando sea conectado se incorpore a la línea su-ministrando potencia como generador en lugar de consumirlacomo motor (este punto se explicará posteriormente).

Figura 5. Frecuencimetro

Una vez que las frecuencias sean casi iguales, los voltajes enlos dos sistemas cambiarán la fase con respecto al otro muylentamente. Se observan los cambios de fase y, cuando losángulos sean iguales, se cierra el interruptor de interconexiónde los dos sistemas.

III-C. Sincronoscopio

Una manera sencilla es observar las tres lámparas ya des-critas en el análisis de la secuencia de fases. Cuando las treslámparas se apagan al tiempo, la diferencia de voltaje a travésde ellas es cero y los sistemas están en fase. Este simpleesquema funciona, pero no es muy exacto. Un método máspreciso consiste en emplear un sincronoscopio.

Un sincronoscopio es un aparato que mide la diferencia deángulo de fase entre las fases a de los dos sistemas.

En la figura 6 se presenta la parte frontal de un sincronosco-pio. El dial muestra la diferencia entre las dos fases α; el cero(que significa posición en fase) se indica en la parte superiory 180° en la inferior. Puesto que las frecuencias de los dossistemas son ligeramente diferentes, el ángulo de fase en elmedidor cambia con lentitud. Si el generador o el sistema enaproximación es más rápido que el sistema en funcionamiento(situación deseada), entonces el ángulo de fase aumenta y laaguja del sincronoscopio rota en sentido de las manecillas delreloj. Si la máquina en aproximación es más lenta, la agujarota en sentido contrario a las manecillas del reloj. Cuando laaguja del sincronoscopio está en posición vertical, los voltajesestán en fase y el interruptor puede cerrarse para interconectarlos sistemas.

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Figura 6. Sincronoscopio

III-D. Esquema Real

Un esquema mas práctico de la puesta en paralelo se presen-ta en la figura 7, en la cual constan las partes principales comola barra colectora principal, barra colectora de sincronización,sincronoscopio, etc.

Figura 7. Esquema General

III-E. Ondas Fundamentales

En la figura 8, se presenta las frecuencias fundamentales enla cual se tiene 3 frecuencias distintas las cuales son 60Hz,55Hz y 58Hz, también se presenta la resultante de todas lastres.

Figura 8. Frecuencias Fundamentales

IV. PROCESOS PARA LA TOMA DE CARGA ACTIVA YREACTIVA

Las potencias real y reactiva suministradas por el generadorserán la cantidad demandada por la carga conectada, las cualespodrían acelerar al generador.

Los puntos de ajuste del. gobernador del generador contro-larán la frecuencia de operación del sistema de potencia.

La corriente de campo (o los puntos de ajuste de campo delregulador) controla el voltaje en los terminales del sistema depotencia.

Cuando se conecta un generador en paralelo con otro o conun gran sistema, la frecuencia y el voltaje en los terminalesde todas las máquinas deben ser iguales, puesto que susconductores de salida están unidos unos a otros.

Entonces, sus características potencia real-frecuencia y po-tencia reactiva - voltaje pueden granearse espalda con espalda,con un eje vertical común.

Este diagrama, a veces llamado informalmente diagrama decasa, se muestra en las figuras 9y 10.

Figura 9. Frecuencia vs Potencia

Figura 10. Voltajes enterminales vs potencia reactiva

V. PROCESO PARA RETIRAR A UN GENERADOR DELPARALELO

Para retirar el generador en paralelo se bebe descargar osacar la carga de la barra distribuidora, caso contrario lamáquina puede embalarse debido al quitar bruscamente lacarga.

VI. TABLERO DEL ACOPLAMIENTO DEL PARALELO DEGENERADORES.

En las figuras 11 y 12, se tiene el generador y el tableropara hacer un acoplamiento de paralelo de generadores.

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Figura 11. Acoplamiento de Generadores

Figura 12. Generador con excitatriz

VII. CONCLUSIONES

Al tener muchos generadores operando en paralelo es posi-ble retirar uno o varios de ellos para efectuar mantenimientopreventivo.

Los generadores en paralelo nos dan la facilidad de obtenermás carga que una sólo máquina donde se necesite grandescargas.

Al realizar el paralelo de generadores nos entrega una mayorconfiabilidad del sistema, ya que si por algún motivo ungenerador llega a fallar, la tensión en la carga no se disminuirátotalmente ya que otros generadores también entregan tensión.

REFERENCIAS

[1] Máquinas Eléctricas, Sthepen J. Chapman, Mc Graw Hill,Tercera Edición

[2] Máquinas Eléctricas Rotativas y Trasformadores, Donalt V.Richardson

[3] Máquinas Eléctricas, Jesus Fraire Mora, Quinta Edición