MÁQUINAS SINCRÓNICAS. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. Introducción: Sistema de generación de...
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MÁQUINAS SINCRÓNICAS
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PRINCIPIODE FUNCIONAMIENTO.
Introducción:
Sistema de generación de energía eléctrica
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Aspectos constructivos:
•Devanado trifásico en el estator.•Rotor alimentado con corriente continua mediante anillos deslizantes.
Estructura básica de una máquina sincrónica: a) estator trifásico; b) rotor de polossalientes; c) rotor cilíndrico; d) dibujo simbólico; e) circuito esquemático del estator y elRotor.
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Estator de una máquina sincrónica.
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Máquina Sincrónica Rotor Polos Salientes
• Se usa en máquinas de baja velocidad (gran número de polos).
• Se usa con turbinas hidráulicas (centrales hidroeléctricas)
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Máquina Sincrónica Rotor Polos Cilíndricos
• Se usa en máquinas de alta velocidad (2 a 4 polos).
• Se usa con turbinas de gas o vapor. (Centrales térmicas).
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Aspectos cosntructivos
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Principio de funcionamientoMotor sincrónico:
· Rotor alimentado con corriente continua produce campo Bf stacionario con respecto al rotor.
· Estator alimentado con corrientes trifásicas produce un campo giratorio a la velocidad:
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Interacción de campos en una máquina sincrónica
• El motor sincrónico desarrolla Tel = 0 cuando :
Wr= WsincWr: Velocidad del rotor.
• El motor sincrónico no puede arrancar en forma autónoma.
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Característica velocidad-torque del motor sincrónico
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· El campo giratorio Bf induce tensiones trifásicas en el estator con unafrecuencia:
f = P*Wr/2*π
f : frecuencia de las tensiones inducidas en el estator.wr : velocidad de giro del rotorp : número de pares de polos.
· Al conectar carga trifásica circulan corrientes trifásicas por el devanado del estator Þ aparece un campo giratorio de reacción del estator.
· El campo giratorio producido por las corrientes del estator es el campo de reacción del inducido.
· Devanado inductor (el que induce las tensiones) es el rotor.
· Devanado inducido (donde se inducen las tensiones) es el estator.
· El campo resultante es la suma del campo excitador producido por el rotor y delcampo de reacción del inducido.
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MÁQUINA SINCRÓNICA DE ROTOR CILÍNDRICO EN ESTADOESTACIONARIO.
Definición de coordenadas. El campo excitador del rotor.
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Para deducción de circuito equivalente es conveniente estudiar las relaciones de campo en separación de aire.
-Tres campos principales desfasados temporalmente en 120º --> campo rotatorio en entrehierro a frecuencia f --> corresponde con velocidad de giro de la turbina.
-Desfase entre campo rotatorio en estator y rotor (no existe velocidad relativa !!!). Angulo de potencia, de carga, de torque.
-Simetría en construcción --> cada bobina supone una inductancia principal ydistribuida
Modelo Equivalente en Estado Estacionario MS
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Resistencia de Bobina en la mayoría de los casos se desprecia:
-Pérdidas óhmicas en embobinados de Estator y Rotor
-Pérdidas de fierro en el Estator (c. parásitas, histéresis
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Circuito equivalente por fase del estator.
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Circuito equivalente por fase completo.
Circuito equivalente por fase simplificado.
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Diagrama fasorial de un generador sincrónico alimentando a una carga ZL
La característica potencia ángulo. M.S. rotor cilindrico
El torque eléctrico.
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CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN.
-Diagrama fasorial en estado estacionario para caso de conexión a barra infinita -->Va, f independiente de Ia .
Máquina sincrónica conectada a barra infinita -De la geometría del diagrama fasorial se deduce (valores en pu):
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En magnitudes físicas
•Operación en vacío --> δ = 0 δ>0 aumenta carga en el sistema δ<0 operación como motor (centrales de bombeo)
•Si VN y E son constantes. --> PG varía con δ
•Condición para generar o absorber reactivosQ<0 --> máquina subexcitadaQ>0 --> máquina sobreexcitada
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Generadores en red propia
Operación con carga inductiva Operación con carga capacitiva
Operación con carga resistiva
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Tipos de operación de los G.S.
Regulación:
Reg = 100 x (E – Va)/Va
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Red Infinita- Es la realización práctica de la fuente ideal de tensión.- Se obtiene conectando generadores en paralelo.
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- Barra Infinita: es un sistema eléctrico tan grande que para todos los efectos eléctricos es equivalente a un generador síncrono de inercia infinita.
- Variación de Tmcambia en forma mínima frecuencia de red.- Voltaje constante V en bornes del generador --> no controlable por Ir
Generador conectado a impedancia única (operación en isla)
-Aumento Tm--> aceleración rotor --> aumento frecuencia-Aumento Tm--> aceleración rotor --> crece voltaje inducido -> Potencia activa, Potencia reactiva-Aumento Ir--> aumento voltaje en bornes --> influencia sobre Potencia Activa y Potencia Reactiva
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a) Generadores conectados en paralelo; b) Equivalente Thevenin.
Red infinita: a) símbolo; b) característica frecuencia-potencia; c) característicatensión corriente.
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Operación de la máquina sincrónica conectadaa la red infinita.
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Sincronización de un generador con la redinfinita.