máquinas sincrónicas

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERÍA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN

MATERIA:

MAQUINARIA ELÉCTRICA II

RESUMEN DE LA MATERIA

MAQUINAS SINCRÓNICAS

NOMBRE DEL ESTUDIANTE:

CÉSAR AGUILAR ALVARADO

PARALELO 1

NOMBRE DEL PROFESOR:

ING. GUSTAVO BERMÚDEZ

1

ContenidoINTRODUCCIÓN............................................................................................................................3

ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE LA MÁQUINA.............................................................................4

DIAGRAMA FASORIAL DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR CINLÍNDRICO...........................5

CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA......................................................................10

MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR DE POLOS SALIENTES Y TEORÍA DE LAS DOS REACCIONES. 15

DIAGRAMA FASORIAL DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR DE POLOS SALIENTES............16

CONEXIÓN DE GENERADORES SINCRÓNICOS EN PARALELO......................................................22

POTENCIA REAL Y REACTIVA CONTRA EL ÁNGULO DE TORQUE.................................................26

EFECTOS DE LA REGULACIÓN DEL PAR MECÁNICO (REGULADOR DE VELOCIDAD)....................28

OPERACIÓN DE GENERADORES EN PARALELO...........................................................................30

TRANSIENTES EN LOS GENERADORES SINCRÓNICOS.................................................................31

2

INTRODUCCIÓNLas máquinas sincrónicas son máquinas eléctricas cuya velocidad de rotación es la velocidad sincrónica n(rpm). Ésta velocidad está estrechamente relacionada con la frecuencia de la red con la que trabaja.

Las máquinas sincrónicas como cualquier otro convertidor electromecánico de energía, están sometidos al principio de reciprocidad, es decir pueden funcionar como generador o como motor, pero generalmente, en los sistemas eléctricos de potencia se los usa como generador para producir energía eléctrica a partir de fuentes primarias que pueden ser plantas hidráulicas, térmicas o nucleares.

El rotor de la máquina sincrónica está alimentado con corriente continua y esta produce un flujo en el eje directo del rotor. Cuando se hace trabajar a la máquina como generador, se hace girar al rotor a velocidad sincrónica se tiene un flujo giratorio y por lo tanto se induce en el estator una fem trifásica balanceada a una frecuencia determinada que puede alimentar a un sistema eléctrico. Cuando se hace trabajar la máquina como motor, se entrega al devanado del estator un voltaje trifásico que genera una fmm giratoria. El flujo del rotor perseguirá al flujo giratorio del estator a la velocidad del sincronismo.

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ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE LA MÁQUINALa máquina sincrónica está principalmente compuesta de:

a) Un devanado inductor, construida en forma de arrollamiento concentrado, o bien distribuido en ranuras, alimentado por CC. Que da lugar a los polos de la máquina.

b) Un devanado inducido distribuido formado por un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna

En las máquinas sincrónicas, al igual que en las máquinas de inducción, las líneas de flujo magnético cruzan:

1 vez el núcleo del estator

2 veces los dientes del estator

2 veces el entrehierro

2 veces los dientes del rotor

1 vez el núcleo del rotor

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DIAGRAMA FASORIAL DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR CINLÍNDRICO

Para graficar el siguiente diagrama fasorial hay que tomar en cuenta las FMM’S, los flujos y las FEM’S.

FMM’S Φ’S FEM’SROTOR Md=If Nf Φf EfESTATOR (ARMADURA)

Ma=N Kdp Ia Фa -j Ia Xd

DISPERSIÓN Ml Фl -j Ia Xl

Con esto se puede realizar ecuaciones para el generador y para el motor

Generador:

Ef=V + Ia Ra+ j Ia (Xd+Xl )

Donde Xad+Xl es la reactancia sincrónica Xs de eje directo, a pesar que en la máquina de rotor cilíndrico el campo está distribuido en toda la máquina.

Motor:

V=−Ef+ Ia Ra+ j Ia ( Xd+Xl )

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DIAGRAMA FASORIAL DEL GENERADOR SINCRÓNICO DEL ROTOR CILÍNDRICO NO SATURADO

En los siguientes diagramas fasoriales, se puede comprobar que está bien hecho si se cumple la teoría: Cuando se tiene FP en atraso se produce un efecto desmagnetizante.

Con FP atraso:

Ef=V + Ia Ra+ j Ia (Xd+Xl )

Con FP adelanto:

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DIAGRAMA FASORIAL DEL MOTOR SINCRÓNICO DEL ROTOR CILÍNDRICO NO SATURADO

Con fp en adelanto:

V=−Ef+ Ia Ra+ j Ia ( Xd+Xl )

Con fp en atraso:

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DIAGRAMA FASORIAL DEL GENERADOR SINCRÓNCO SATURADODiagrama fasorial del generador saturado con factor de potencia en atraso

E=V + Ia Ra+ j Ia XlMd=Ma+Mf

DEBER CON FACTOR DE POTENCIA EN ADELANTO

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DIAGRAMA FASORIAL DEL MOTOR SINCRÓNICO SATURADOV=−E+ Ia Ra+ j Ia Xl

Md=Mf +MaCon fp en adelanto

DEBER Con fp en atraso

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CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA SINCRÓNICACARACTERÍSTICA EN VACÍO

Una característica importante del funcionamiento en vacío la constituye Eo vs. If que expresa la fem en los bornes del generador sincrónico estando desconectada la carga en función de la corriente de excitación, o en definitiva de la fmm de excitación. La determinación de esta curva se hace haciendo girar la máquina a velocidad sincrónica por medio del motor primario, y entonces, se debe cambiar la corriente de excitación desde cero hasta un valor máximo correspondiente a la saturación.

CARACTERÍSTICA DE CORTO-CIRCUTO

Cuando la máquina está en corto circuito, el valor del voltaje terminal es cero por lo que Er=IZs. La única manera de controlar la corriente de línea es variando la corriente If de excitación. Cómo esto ocurre a voltajes menores que el voltaje de saturación la relación entre la corriente de línea y la corriente de excitación resulta una línea recta, Ia vs. If.

Si se grafica la característica en vacío y la característica de corto-circuito en por unidad dentro de la misma hoja, se pueden obtener, algunos puntos importantes necesarios para obtener la relación de de corto circuito RCC, la impedancia sincrónica y la reactancia sincrónica.

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Para excitaciones pequeñas Zs es constante porque la máquina no está saturada. Para excitaciones mayores la impedancia sincrónica disminuye debido a que el material se satura y necesita más corriente para producir el mismo cambio de voltaje, esta impedancia es la impedancia saturada.

Zs (NS )= OdO' e

Zs (S )= OdO' f

Donde la reactancia sincrónica Xs se la determina con la siguiente ecuación:

Xs=√Zs2−Ra2

Conociendo Zs y Zbase=Vn/In, se puede determinar la relación de cortocircuito, que es el inverso de la impedancia sincrónica saturada en por unidad.

Zs (p .u )= ZsZb

= OdO' f

O' gOd

=O ' gO' f

RCC= 1Zs (p .u )

=O ' fO' g

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CARACTERÍSTICA DE CARGA V VS. IF

Se varía la corriente de excitación en la máquina sincrónica y se mide el voltaje terminal teniendo un factor de potencia constante y una corriente de línea Ia constante.

Si se grafica la curva de carga con fp=0 en atraso se puede encontrar el triángulo de POTIER. Como se observa en la siguiente figura.

Despreciando la resistencia del inducido el diagrama fasorial de la máquina en la prueba de carga con fp=0 en atraso sería el mostrado en la figura. En este diagrama se observa que el voltaje en los terminales, tanto como el voltaje inducido están en fase. Además se puede apreciar las fmm Fr, Fd, Fa también en fase por lo que: |Fd| = |Fr|+|Fa|: Esto conlleva a que no solamente se puede apreciar en la curva de carga la relación entre el voltaje terminal V y la corriente de excitación If, sino que también se pueden ver los valores de la fmm Fa y Fr. Esto es: si Fd= OF, entonces Fa = A’B’ = MF y Fr = OM.

El triángulo de Potier tiene mucha importancia porque si se barre el triangulo A’B’C’ con el vértice C’ a lo largo de la curva de vacío, manteniendo paralelo al eje If el lado B’A’, el eje A’ construye la curva de carga. El punto A’ se puede obtener con prueba de corto circuito, donde prácticamente toda la carga es inductiva (impedancia propia de la máquina) y representa la corriente de excitación mínima para que haya un voltaje generado cuando la máquina está en corto circuito y tiene corriente nominal en la línea. El punto A es el punto (If, V) en el cual la máquina trabaja con voltaje nominal y corriente nominal. Entonces partiendo de A, se traza el punto D, donde AD=OA’. Paralelo a la línea del entrehierro, se traza el punto DC. El punto B es el punto inmediatamente inferior a C que interseca con la recta AD para formar un triángulo rectángulo.

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CARACTERÍSTICA EXTERNA

La característica externa relaciona el voltaje terminal con la corriente de línea, manteniendo constantes la velocidad, la corriente de campo y el factor de potencia. En la siguiente curva se puede mostrar la característica externa para distintos fp.

Concuerda con la teoría que establece que las cargas capacitivas apoyan al flujo y las cargas negativas producen una reacción contraria al flujo por lo que se observa en las cargas capacitivas un voltaje terminal mayor y en las cargas inductivas un voltaje terminal menor.

CURVA DE REGULACIÓN

La curva de regulación muestra la variación de la corriente de excitación contra la corriente de línea manteniendo constante la velocidad, el voltaje y el factor de potencia. En el gráfico se observa la curva para distintos valores de factor de potencia.

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CARACTERÍSTICA DE FRECUENCIA-PIOTENCIA DEL GENERADOR SINCRÓNICO

Todos los generadores disponen de un primo-motor, que es la fuente de potencia-mecánica del generador. Normalmente, en el primo-motor, a medida que aumenta la potencia consumida por la carga eléctrica del generador, disminuye la velocidad y por ende la frecuencia de la señal de voltaje del generador también cambia. La cuál se puede explicar con la siguiente característica.

Esta característica sirve para analizar la operación del generador en paralelo con otro generador de tamaño similar, debido a que la carga desea que se le suministre cierta cantidad de potencia a un determinado voltaje y frecuencia. En donde, si la curva no es nada empinada, una pequeña variación en la frecuencia causaría una gran variación de la potencia, por lo que esta característica del primo-motor debe ser decente.

Cuando aumenta la potencia suministrada por el primo-motor, se observa que esta característica se desplaza hacia arriba, para indicar que entre mayor potencia suministrada, se obtiene una mayor frecuencia. De esta forma el sistema puede conservar su frecuencia a distintos niveles de potencia.

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MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR DE POLOS SALIENTES Y TEORÍA DE LAS DOS REACCIONES

Mientras que en la máquina de rotor cilíndrico el espacio del entrehierro era similar en todo momento, cuando tenemos un motor de polos salientes el espacio en el eje de cuadratura es mucho mayor que el espacio en el eje directo. Por lo que cuando se analiza como si se tiene una sola reacción del inducido no se tienen resultados precisos con respecto a la regulación de tensión en esta máquina. Por lo que se estudia la máquina descomponiendo la reacción del inducido en dos partes, la fmm de eje directo y la fmm de eje de cuadratura.

Sabiendo esto, se puedo decir que en la máquina de polos salientes actúan tres fmm Fd, Fq y Ff. Con esto se toma en cuenta que cada una de estas reacciones produce una fem por reacción del inducido igual a:

Ead= j Xad Ia senψ

Eaq= j Xaq Iacosψ

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DIAGRAMA FASORIAL DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR DE POLOS SALIENTES

Para graficar el siguiente diagrama fasorial hay que tomar en cuenta las FMM’S, los flujos y las FEM’S.

FMM’S Φ’S FEM’SROTOR Md=If Nf Φf EfESTATOR (ARMADURA)

MadMaq

ФadФaq

-j Ia Xad sen(ψ)-j Ia Xaq cos(ψ)


Por lo que las ecuaciones del generador y del motor son las siguientes:

Ef=V + Ia Ra+ j Ia Xl+ j Xaq Ia cosψ+ j Xad Ia senψ

V=−Ef+ Ia Ra+ j Ia Xl+ j Xaq Ia cosψ+ j Xad Ia senψ

Conociendo esto se puede graficar el diagrama fasorial de la máquina sincrónica.

DIAGRAMA FASORIAL DEL GENERADO SINCRÓNICO DE POLOS SALIENTES NO SATURADO CON CORRIENTE EN ATRASO ASUMIENDO Ψ.

Ef=V + Ia Ra+ j Ia Xl+ j Xaq Ia cosψ+ j Xad Ia senψ

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DIAGRAMA FASORIAL DEL GENERADO SINCRÓNICO DE POLOS SALIENTES NO SATURADO CON CORRIENTE EN ADELANTO ASUMIENDO Ψ.

Ef=V + Ia Ra+ j I a Xl+ j Xaq Ia cosψ+ j Xad Iasenψ

DIAGRAMA FASORIAL DEL MOTOR SINCÓNICO DE POLOS SALIENTES NO SATURADO CON CORRIENTE EN ADELANTO.


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DIAGRAMA FASORIAL DEL MOTOR SINCRÓNICO DE POLOS SALIENTES NO SATURADO CON CORRIENTE EN ATRASO


DETERMINACIÓN DEL ANGULO Ψ.

JUSTIFICACIÓN DEL MÉTODO.

En la siguiente figura que se refiere a un generador con corriente en atraso

El fasor DC = Ia Xaq Cosψ es la fem inducida en el arrollamiento del estator por el flujo transversal de la máquina, cuyo eje es el eje en cuadratura. Ya que la trayectoria del flujo transversal no está saturado, la fem CD = Ia Xaq Cosψ puede encontrase a partir de la parte baja de la característica en vacío (línea del entrehierro) como la fem que corresponde a la fmm Mf = Maq = Cq Ma Cosψ .

Si se extiende la línea CB=Ia XL hasta que interseque a la línea en la que se sitúa Ef, la distancia

CC’=

CDCosΨ . Esta fem (=Ia Xaq) es independiente del ángulo ψ y puede encontrarse

justamente como la fem CD de la parte baja de la característica en vacío; esta es la fem que

corresponde a la fmm

MaqCosΨ =Cq Ma.

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De aquí que puede encontrarse el ángulo ψ en la forma siguiente:

Utilizamos el diagrama fasorial del generador sincrónico de polos salientes, con corriente en atraso, como se muestra en la figura.

1.- Dibújese el vector hilera OABC

2.- Prolongo BC y encuentro un punto ( C’).

3.- CC ' es un valor que se toma de la curva característica en vacío y su valor numérico es igual a IaXaq.

4.- Uno los puntos O y C’ cuya línea coincide con Ef.

5.- Buscamos una perpendicular al segmento OC’ y encontramos un punto ( K ).

6.- El angulo C’CD es el ángulo , el cual es el mismo que forman Ia y Ef.

MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR DE POLOS SALIENTES SATURADO

Cuando la máquina está saturada, no se puede encontrar el valor de Ef pero si el de una cantidad parecida, Ed que está en fase con Ef y que mantiene implícita la fem de eje directo jIdXd o jIa Xad senψ.

FMM’S Φ’S FEM’SROTOR Mr=Mad+Mf Φd EdESTATOR (ARMADURA)

Maq Фaq -j Ia Xaq cos(ψ)


Por lo que las ecuaciones del generador y del motor son las siguientes:

Ed=V + Ia Ra+ j Ia Xl+ j Xaq Iacosψ

V=−Ed+ Ia Ra+ j Ia Xl+ j Xaq Iacosψ

Conociendo esto se puede graficar el diagrama fasorial de la máquina sincrónica saturada.

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DIAGRAMA FASORIAL DEL GENERADO SINCRÓNICO DE POLOS SALIENTES SATURADO CON CORRIENTE EN ATRASO ASUMIENDO Ψ.


DIAGRAMA FASORIAL DEL GENERADO SINCRÓNICO DE POLOS SALIENTES SATURADO CON CORRIENTE EN ADELANTO ASUMIENDO Ψ.


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DIAGRAMA FASORIAL DEL MOTOR SINCÓNICO DE POLOS SALIENTES SATURADO CON CORRIENTE EN ADELANTO.

DIAGRAMA FASORIAL DEL MOTOR SINCRÓNICO DE POLOS SALIENTES SATURADO CON CORRIENTE EN ATRASO

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CONEXIÓN DE GENERADORES SINCRÓNICOS EN PARALELOEn el mundo actual es muy raro encontrar que un generador síncrono suministre independientemente su propia carga. En casi todas las aplicaciones de generadores hay más de un generador que opera en paralelo para suministrar la potencia que requieren las cargas. Entre las ventajas que representa la operación en paralelo de los generadores son que varios generadores pueden alimentar a una carga más grande que lo que puede hacer una sola máquina, permite tener más confiabilidad en el sistema de potencia y además se puede remover un generador en caso de mantenimiento o reparación.

Antes de conectar los generadores en paralelo se requiere cumplir ciertas condiciones.

1. La máquina entrante tiene que tener la correcta fase de secuencia en comparación del sistema de potencia.

2. Las fases del voltaje de la máquina entrante tienen que estar en fase con las fases del sistema.

3. La frecuencia del sistema tiene que ser igual a la frecuencia del sistema4. El voltaje de la máquina tiene que ser aproximadamente igual al voltaje del sistema.

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SINCRONIZACIÓN DE LOS GENERADORES

Para poder realizar con éxito la conexión de generadores en paralelo se utiliza por lo general el método de las tres lámparas que se observa en la figura.

Las secuencias de fase del generador son usualmente verificadas cuidadosamente en el tiempo de la instalación. Cuando la secuencia de fase no es la misma, se observa en las tres lámparas que una prende después de la otra, como si se tratara de una secuencia, por lo que se procede a cambiar una de las fases hasta que se observe que las tres lámparas apagan y prenden al mismo tiempo. La condición dos es asegurada por medios de un ángulo-fase conocido como un sincronoscopio que comparan el voltaje de una fase de la máquina entrante al sistema. La posición del punto mostrado en el sincronoscopio muestra el ángulo-fase entre el generador y el voltaje del sistema.

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Cuando las frecuencias son iguales el punto es estacionario. Cuando las frecuencias difieren el punto rota en una dirección o en otra dependiendo si el generador esta arrancando rápido o lento, en un porción igual a la diferencia entre estas frecuencias y las del sistema. Las frecuencias y las posiciones de las fases son controladas ajustando la entrada del primo-motor al generador entrante. Cuando las frecuencias son distintas se puede observar en las tres lámparas que se prenden y se apagan progresivamente.

La onda resultante que observaría la lámpara uno debido al batido, es decir, debido a la diferencia de frecuencias sería la siguiente:

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CARGANDO UN GENERADOR SINCRÓNICO

Si las cuatro condiciones para la sincronización son encontradas exactamente iguales. No habría corriente en la armadura del generador cuando es conectado al sistema. Aumentar la corriente de campo es suficiente para hacer que la excitación del generador aumente. Sin los ajustes del primo-motor de salida, causaría que el generador entregue corriente con retardos en el voltaje de 90° mostrados en la siguiente figura. De esta forma el generador entrega potencia reactiva con el aumento de la corriente de campo.

Así mismo, si la entrada del primo-motor es ahora gradualmente incrementada, el generador y el primo-motor aceleran causando que aumente el ángulo entre la excitación y el voltaje terminal o ángulo del torque. De este modo el generador entrega potencia activa. El diagrama fasorial muestra la el cambio que ocurre cuando se aumenta el torque de entrada del primo motor.

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POTENCIA REAL Y REACTIVA CONTRA EL ÁNGULO DE TORQUEPuede expresarse la potencia real y reactiva entregada por un generador síncrono como una función del voltaje terminal, el voltaje generado, impedancia síncrona y el ángulo de torque δ. Esto también es verdad para la potencia real y reactiva tomada por un motor síncrono. Si el ángulo δ aumentó gradualmente, el rendimiento de potencia real aumenta alcanzando un máximo cuando δ = tan¯¹( Xs / Rs ) o prácticamente π/2.

Esto es conocido como el límite de poder estatal firme. El torque máximo o tirar-fuera el torque de un motor síncrono ocurre a δ ≈ π / 2 en base a la teoría del cilíndrico-rotor si el Ra de resistencia de armadura es abandonado. Cualquier aumento en la potencia mecánica al generador síncrono o en el rendimiento mecánico del motor síncrono después de que δ ha alcanzado 90° produce una disminución en el poder eléctrico real, y el generador acelera mientras el motor de aceleración-resultante en una pérdida de sincronismo.

Considere un generador síncrono de rotor cilíndrico para el siguiente análisis:

Las cantidades pueden expresarse V, Eaf, y Zd en los voltios y ohms por la fase en que el caso la potencia real y reactiva también están por fase, o pueden expresarse en unidad, con el poder real y reactivo también en unidad.

Los efectos de saturación deben ser incluidos evaluando E y Xd y varios métodos están disponibles. Según estos, la potencia compleja es calculada de la siguiente forma:

S=P+ jQ=V I¿

V= V+j0

y la fem generada es

Eaf= |Eaf|<δ y Zd=Z<β

Se sabe que la corriente es:

I=( Eaf−VZd )= EadZd

<(δ−β )− VZd

← β

I ¿=( Eaf−VZd )¿

=EafZd

<(α−β )− VZd

<β

Por lo que:

Sout=V EafZd

<(β−δ )−V 2

Zd<β

Scgir=Eaf 2

Zd< β−VEaf

Zd< (α+β )

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Entonces la potencia activa y la reactiva son:

Pout=V EafZd

cos (β−δ )−V 2

Zdcos (β)

Qout=V EafZd

sen (β−δ )−V 2

Zdsen( β)

En práctica en maquinas síncronicas polifásicas Ra << Xd y Ra en la ecuación de poder puede ser cero para que Zd = Xd por lo que β tiende a 90 grados.

Pout ≈V EafXd

sen (β)

Qout ≈V EafXd

cos (δ )− V 2

Xd

Con esto se puede construir la característica de la potencia activa en función del ángulo delta. Considerando que en los terminales del motor, éste consume potencia activa, por lo que Pout sería negativa, esto nos lleva a concluir que el sector para el motor, son los valores menores a 0 grados y para el generador son los valores mayores a 90 grados.

La potencia de campo giratorio sería:

Pcgir=Eaf 2

Zdcos (β )−VEaf

Zdcos (α+β )

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EFECTOS DE LA REGULACIÓN DEL PAR MECÁNICO (REGULADOR DE VELOCIDAD)Considerando despreciables todas las pérdidas de potencia activa como las perdidas mecánicas y las pérdidas de cobre, la potencia de salida es idéntica a la potencia de entrada y se puede analizar el generador y el motor con potencia constante en simultaneidad. La potencia de salida del generador es: P = m V I cosφ

Si uno observa la semejanza de triángulos, se puede observar que I Xs cosφ = Eo senδ, por lo que la potencia puede ser escrita de la siguiente forma: P = m V Eo senδ / Xs.

De tal forma, si se mantiene constante la potencia de entrada del primo motor, en las expresiones antes mostradas, se mantiene constante: Eo senδ y I cosφ.

Aquí se puede ver que en el caso del generador, cuando la corriente está en atraso, la máquina está sobre-excitada y cuando la corriente está en adelanto la máquina está sub-excitada. Para el caso del motor, cuando la corriente está en atraso la máquina está sub-excitada y cuando la corriente está en adelanto, la máquina está sobre-excitada.

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DIAGRAMA FASORIAL A POTENCIA CONSTANTE DEL GENERADOR

Para variar la excitación, manteniendo constante la potencia de entrada, lo que se hace es variar la corriente de campo. Esto provoca también una variación de la magnitud corriente de armadura. Si se grafica, la corriente de armadura en función de la corriente de campo se obtienen las curvas V.

En el siguiente gráfico se puede observar la curva en V para el motor. En esta gráfica hay más de una curva en V del motor para distintos niveles de potencia. Como se trata del motor, la máquina está sobre-excitada para un factor de potencia en adelanto, por lo que del lado derecho de la V se trata de cargas capacitivas y del lado izquierdo de la V se trata de cargas inductivas. Si se tratase de un generador la situación fuera al revés, del lado izquierdo se trataría de cargas capacitivas y del lado derecho inductivas.

La curva NM dibuja los diferentes puntos de las curvas en V a distintos niveles de potencia pero con factor de potencia 1. La V perfecta se logra cuando el motor está consumiendo ninguna potencia activa.

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OPERACIÓN DE GENERADORES EN PARALELO

Los generadores pueden operar individualmente, en paralelo a un sistema de potencia y en paralelo a un generador de tamaño similar.

Cuando los generadores operan independientemente la potencia está ligada totalmente con la frecuencia y la excitación directamente con la potencia reactiva. Cuando aumenta la carga eléctrica, la frecuencia del sistema baja, tal como se observó en la figura de característica de frecuencia-potencia. Cuando aumenta la potencia de generación, esta curva se desplaza hacia arriba aumentando así la frecuencia para un mismo nivel de potencia. Esto indica que se puede suministrar más potencia activa y mantener la frecuencia del sistema.

Cuando los generadores operan en paralelo a una barra infinita, no dispone del control del voltaje o de la frecuencia, porque los cambios que este pueda realizar son prácticamente insignificantes. El generador sólo tiene control de la potencia activa y reactiva que puede enviar o consumir del sistema. Así, cuando se aumenta la entrada del primo-motor, el generador empieza a asumir carga activa y cuando aumenta la corriente de campo aumenta, el generador empieza a asumir carga reactiva.

El funcionamiento de dos generadores en paralelo con un tamaño similar es un poco más complejo. La carga requiere un cierto nivel de potencia activa y reactiva para una frecuencia determinada.

Para lograr el control de la potencia de la carga Pl se colocan las curvas de característica frecuencia-potencia de los dos generadores de espalda. Para hacer este análisis se debe tener en cuenta que la potencia que consume la carga es la suma de las potencias que suministran los generadores.

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Si se quiere transferir cierta carga del generador uno al generador dos, primero se aumenta la potencia de entrada del primo-motor dos de P2 a P2’. Con esto la curva frecuencia-potencia del generador dos se desplaza hacia arriba de PM2 a PM2’ donde la frecuencia aumenta y el primo motor entrega una potencia mayor. La potencia del generador uno inmediatamente baja de P1 a P1’ pero a una potencia mayor a la que requiere el sistema, por lo que es necesario disminuir la entrada del generador uno de la curva PM1 a PM1’ en donde el generador entrega una potencia menor P1’’ y el generador dos entrega una potencia P2’’ a la frecuencia que requería el sistema.

TRANSIENTES EN LOS GENERADORES SINCRÓNICOS

La condición transitoria más severa que se puede presentar en un generador sincrónico es la situación en la que los tres terminales del entran en cortocircuito súbitamente. Tal corto en un sistema de potencia se llama falla (también ocurre en cambios repentinos de caga). La corriente en cada fase tiene una componente exponencial de coeficiente negativo debido a la naturaleza inductiva del generador, esta componente de corriente continua se puede observar en la gráfica como Icc.

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La componente de la corriente alterna del transitorio se puede observar también en la siguiente figura.

Esta dispone de tres períodos: período sub-transitorio, transitorio y estacionario.

En el período sub-transitorio la corriente se llama I’’ y la reactancia que representa al generador es la reactancia sub-transitoria. En este período a corriente disminuye muy rápidamente.

De manera similar, la corriente transitoria de un generador en su período transitorio se llama I’ y la reactancia que representa al generador es la reactancia transitoria. En este período la corriente disminuye menos rápido hasta llegar al estado estacionario, donde la corriente es la nominal.

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