Laboratorio de Maquinas No 8

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELÉCTRICA-INGENIERÍA ELECTRÓNICA

LABORATORIO No 8

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE LA MAQUINA SÍNCRONA

1. Objetivos.- Los objetivos del presente laboratorio son:

Conocer las ventajas de la operación en paralelo de generadores síncronos. Conocer los requerimientos para la operación en paralelo de las maquinas síncronas. Conocer el procedimiento para conectar los generadores en paralelo. Realizar el ensayo de puesta en paralelo máquinas síncronas.

2. Marco teórico.-2.1.Generalidades.

EI comportamiento de una maquina sincrónica (bajo carga) varia fuertemente dependiendo del factor de potencia de la carga y de si el generador funciona solo o en paralelo con otros alternadores.Un Sistema Eléctrico de Potencia, es el conjunto de centrales generadoras, de Líneas de transmisión interconectadas entre sí y de sistemas de distribución para el con sumo de energía eléctrica.En un alternador y en general en un sistema eléctrico, la potencia demandada varía continuamente y es necesario disponer de los mecanismos de regulación necesarios para adaptar en todo momento la generación al consumo. Actualmente, es muy rara la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga; esta situación solo se presenta en algunas aplicaciones tales como los grupos electrógenos. Es norma general que los alternadores se sitúen en centrales eléctricas al lado de donde se encuentran las fuentes de energía primaria.Con el objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están conectadas entre sí en paralelo.

2.2.Ventajas de la operación en paralelo de generadores síncronos.-La operación en paralelo de generadores síncronos, tiene las siguientes ventajas:

Para una central eléctrica. si se tienen varios generadores, las mismas pueden alimentar una carga más grande que una sola máquina.

En una central eléctrica, tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida total de potencia en la carga.

Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos o correctivos.

Si solamente se utilizara un solo generador y este no funcionara cerca de su potencia nominal, resultaría relativamente poco eficiente. Sin embargo, con varias máquinas pequeñas se posibilita la operación de solo algunas de ellas, de manera que funcionen de su plena carga y actúen, por lo tanto, más eficientemente.

2.3.Requerimientos para la operación en paralelo de generadores síncronos o alternadores.-Para una mejor comprensión, en principio disponeos de dos generadores y una carga como se observa en la siguiente figura:



En función al gráfico, si el interruptor se cierra de manera arbitraria en cualquier momento, es posible que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectaran juntos, existirá un flujo de corriente muy grande cuando se cierra el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara, En otras palabras, el voltaje en la fase R, debe ser exactamente igual al voltaje de la fase R' y así en forma sucesiva para las fases S-S' y T-T'. Para lograr lo anterior, se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo de generadores síncronos:

Deben ser iguales los voltajes de línea de los generadores que entraran en paralelo. Los generadores deben tener la misma secuencia de fase. Igualdad de las formas de onda de los voltajes generados (sinusoidal). Idéntica velocidad eléctrica: la frecuencia de operación de los alternadores debe ser la

misma.2.4.Procedimiento para conectar generadores en paralelo.-

2.4.1. Secuencias de fase.-Si se tiene un generador G1 operando en el sistema y teniendo un generador G2 que se va a conectar al sistema en operación, para conectarse en paralelo, primero utilizando voltímetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximación hasta que su voltaje en los terminales sea igual al voltaje en la línea del sistema en operación.Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operaci6n. La secuencia de fase se puede revisar de muchas maneras diferentes. Una de ellas es conectar alternativamente un pequeño motor de inducción en ambas ocasiones, entonces la secuencia de fase es la misma en ambos generadores. Si el motor gira en direcciones opuestas, entonces las secuencias de fases son diferentes y se debe invertir dos de los conductores del generador en aproximación.



2.4.2. Método de las tres lámparas.-En este método, se conectan tres lámparas a través de los terminales abiertos del interruptor que conecta el generador al sistema, como se muestra en la siguiente figura:

Conforme la fase cambia entre los dos sistemas, las lámparas lucirán primero brillantes (una-gran diferencia de fase) y luego tendrán una luz tenue (una diferencia de fase pequeña). Si las tres lámparas lucen brillantes y se apagan al mismo tiempo, entonces los sistemas tienen la misma secuencia de fase. Si las lámparas lucen brillantes sucesivamente, entonces los sistemas tienen secuencias de fase opuestas y se debe invertir una de las secuencias.A continuación, la frecuencia del generador en aproximación se ajusta para que sea un poco más alta que la frecuencia del sistema en operación. Esto se lleva a cabo primero observando un medidor de frecuencia hasta que las frecuencias sean similares y entonces se observan los cambios de fase entre los sistemas. Se ajusta el generador en aproximación a una frecuencia un poco más alta para que cuando se conecte se incorpore a la línea suministrando potencia como generador en lugar de consumirla como lo hace un motor.Una vez que las frecuencias son casi iguales, los voltajes en los dos sistemas cambian de fase lentamente con respecto al otro. Se observan los cambios de fase y cuando los ángulos de fase son iguales, se apaga el interruptor que conecta a los dos sistemas. Cuando se apagan las tres lámparas la diferencia de voltajes a través de ellas es cero y los sistemas están en fase (Este método funciona, pero no es muy exacto).

2.4.3. Utilización de un sincronoscopio.-Un sincronoscopio es un medidor que mide la diferencia en los ángulos de fase entre las fases R de sistemas que entran en paralelo.En el siguiente gráfico, se muestra el sincronoscopio.



EI cuadrante muestra la diferencia de fase entre las dos fases R; el 0 (que significa en fase) se ubica en la parte superior y el 180° en la parte inferior. Ya que las frecuencias de los dos sistemas son un poco diferentes, el ángulo de fase en el medidor cambiara lentamente. Si el generador o sistemas en aproximación es más rápido que el sistema en operación (situación deseada), entonces el ángulo de fase avanza y la guja del sincronoscopio gira en el sentido de las manecillas del reloj. Si la maquina en aproximación es más lenta, la aguja gira en sentido contrario a las manecillas del reloj. Cuando la aguja del sincronoscopio está en una posición vertical, los voltajes están en fase y se puede cerrar el interruptor para conectar el sistema.Cabe hacer notar que en los generadores que pertenecen a sistemas de potencia todo el proceso de conectar un generador nuevo en paralelo esta automatizado y la computadora lleva a cabo esta tarea.

3. Equipo e instrumental para laboratorio.-

Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material:

Una maquina motriz.o Tensión nominal: V n=220/380 [V ]o Corriente nominal: I n=20,4 /11,8 [A ]o Velocidad nominal: ωn=1410 [rpm ]o Potencia nominal: Pn=5,5 [kW ]

Una dinamo con autoexcitación en paralelo o derivación, que tiene las siguientes características:

o Tensión nominal: V n=230 [V ]o Corriente nominal: I n=19,6 [A ]o Velocidad nominal: ωn=1430 [rpm ]o Potencia nominal: Pn=4,5 [kW ]

Un generador síncrono (alternador), que tiene las siguientes características:o Tensión nominal: V n=220/380 [V ]o Corriente nominal: I n=9,6 [ A ]



o Velocidad nominal: ωn=1500 [rpm ]o Frecuencia nominal: f=50[Hz]o Potencia nominal: Sn=6,3 [kW ]

Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros.

Marca: IMINIPO Modelo: ET-2008 Escala de Tensión: 200 [mV] – 750 [V] AC

200 [mV] – 100 [V] DC Escala de Corriente: 200 [μA] – 20 [A] AC

200 [μA] – 20 [A] DC Óhmetro: 200 [Ω] – 20 [MΩ] Probador de continuidad Prueba de transistores

Marca: FLUKE Modelo: 115 Escala de Tensión: 200 [mV] – 750 [V] AC

200 [mV] – 100 [V] DC Escala de Corriente: 200 [μA] – 20 [A] AC

200 [μA] – 20 [A] DC Óhmetro: 200 [Ω] – 20 [MΩ] Probador de continuidad Prueba de transistores

Un tacómetro.

OE# K3455 Dorman# 505-5408 Make: Peterbilt Years: 2011-95 Models: All Peterbilt models Notes: Eaton trans that has external

tone ring (4 pin connector)



Cables para conexión.

Chicotillos con terminales tipo Tenaza, Banana, Mixto con y sin derivación

Lámparas incandescentes:

3 Unidades. Tensión: 220 [V] Potencia: 200 [W]

Un secuenciómetro:

Un fasímetro:



Interruptores termomagnéticos:

Frecuencímetros:

Analógico



Digital Dos maletines de medición (con amperímetros, voltímetros y vatímetros):

4. Circuito para el laboratorio.-



5. Descripción del laboratorio.-a) Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4.b) Hacer funcionar el alternador (máquina sincrónica) mediante su máquina motriz, hasta

alcanzar su velocidad síncrona, utilizando un taco metro (con el circuito de campo abierto).c) Posteriormente excitar el campo del alternador, hasta obtener tensión en terminales igual a

la tensión de barras (borne o bus) verificar con un voltímetro.d) Corregir la velocidad de giro comprobando con el tacómetro, para verificar identidad de

frecuencias (se utiliza un frecuencímetro),e) Se debe verificar las fases utilizando un indicar de secuencia de fases.f) Asimismo, se comprueba mediante un sincronoscopio, si la velocidad de rotación de la

secuencia de fases del alternador que entrara en operaci6n respecto de la barra gira de prisa o lentamente (o el método de las lámparas). Si la frecuencia de la maquina entrante es baja



el puntero, aspa o índice girara en sentido contrario a las manecillas del reloj y viceversa; en forma lenta.

g) Con el cuidado respectivo se cerrara el interruptor de conexión en paralelo, cuando el índice del sincronoscopio pasa por un indicador fijo de forma lenta (en el sentido de las manecillas del reloj). EI alternador que ingreso queda entonces flotando en línea o barras.

h) Todo el proceso debe realizarse en forma atenta en cuanto a las lecturas y con el cuidado respectivo.

6. Lecturas obtenidas en laboratorio.-En lo que sería la obtención de datos no se pudo tomar ninguno, ya que en el laboratorio no se cuenta con los equipos necesarios para poder realizar la puesta en paralelo, pero gracias al ingeniero se comprendió todo respecto a la puesta en paralelo y cuál es el funcionamiento de cada instrumento en el circuito.En este punto se debería de tomar nota de la frecuencia, la velocidad y la tensión de las máquinas que podrían entrar en paralelo paro generar energía eléctrica sin ningún problema.

7. Gráficos.-

Figura 1: Parte del circuito armado, respecto a la dínamo,



Figura 2: Generador síncrono.

Figura 4: Tablero de control del generador síncrono.



8. Análisis de resultados.-

Figura 5: Montaje del experimento.

Figura 6: Tablero donde se encuentra un frecuencímetro, las tres lámparas y un secuenciómetro.



La puesta en paralelo de dos máquinas síncronas generadoras es complicada, pero se puede realizar mediante la regulación constante de la frecuencia delas máquinas y de su tensiones y de su velocidad de giro de motor.En el presente laboratorio se pudo observar de forma que literal y en forma digital mediante un documento, en donde se pudo observar la puesta en paralelo de las diferentes máquinas.Este laboratorio es más práctico, es decir que hay que tener buena práctica para realizar este tipo de operaciones con las máquinas síncronas.Pero en la actualidad son muy pocas las empresas generadoras que utilizan este procedimiento, ya que en la actualidad todo ya es automático, mediante circuitos electrónicos los cuales están programados parar realizar dicha acción sin ningún problema y con mayor eficiencia que la mano humana.

9. Documentos de referencia.- Máquinas eléctricas síncrona MSC. ING. Raúl Alberto Mamani Gonzáles http://books.google.com.bo/books?

id=Bfk4imJPqA4C&pg=PA216&lpg=PA216&dq=fuerza+electromotriz+en+una+dinamo&source=bl&ots=TlDuzOb4_a&sig=TllUP-_peRGPRmX_GrAPqySZHjY&hl=en&sa=X&ei=9OBaUfLQDZC30gG9k4DYCA&ved=0CF4Q6AEwCA#v=onepage&q=fuerza%20electromotriz%20en%20una%20dinamo&f=false

http://books.google.com.bo/books?id=Bfk4imJPqA4C&pg=PA216&lpg=PA216&dq=fuerza+electromotriz+en+una+dinamo&source=bl&ots=TlDuzOb4_a&sig=TllUP-_peRGPRmX_GrAPqySZHjY&hl=en&sa=X&ei=9OBaUfLQDZC30gG9k4DYCA&ved=0CF4Q6AEwCA#v=onepage&q=fuerza%20electromotriz%20en%20una%20dinamo&f=false





NOMBRE: RAMOS GUERREROS WILSON ALBERT

TEMA: FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE LA MÁQUINA SÍNCRONA.

MATERIA: MAQUINAS ELÉCTRICAS I

SIGLA: ELT2641

PARALELO: “A”

FECHA DE REALIZACIÓN: 07/05/13

FECHA DE ENTREGA: 03/06/13

LABORATORIO # 8

ORURO-BOLIVIA

Laboratorio de Maquinas No 8

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