UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
MAQUINAS ELECTRICAS
SECCION UNICA
Ing. Armando Galvez
Investigacin No. 1
Sincronizacion de generadores trifasicos a una barra de potencia
infinita
Eduardo Alejandro Motta Porras201020844
Fecha de: 04/03/2013
Introduccion
Cuando la demanda de energa aumenta es necesario poner en marcha
otro alternado, de la misma central o de otra, para que cuando esta
demanda llegue a su tope, puedan ambos alternadores repartirse la
carga y disponer de una reserva rodante. Antes de cerrar el
interruptor de acoplamiento de un alternador, el cual ya esta
funcionando pero no esta entregando energa a la red, se deben de
verificar las cuatro condiciones de acoplamiento.
La primera es comprobar igualdad del numero de fases del
alternador y de la red ( lo normal). Las otras tres se verificaran
en el momento del acoplamiento. Para esta comprobacin necesitaremos
de un dispositivo que nos verifique la igualdad de frecuencias (Dos
frecuenciometros), un dispositivo que verifique la igualdad de
tensiones, (dos voltimetros) y un sincronoscpio ( este ultimo
aparato es muy sencillo pero requiere de una explicacin ms
detallada.
Bueno a lo que vamos: Comprobamos que la tensin de salida de los
dos alternadores es la misma, que la frecuencia de salida es la
misma. Entonces nos fijaremos en lo que indica el sincronoscpio y
cuando este est preparado podremos cerrar el interruptor de
acoplamiento. Por ejemplo. Un sincronoscopio de lmparas encendidas
funciona con tres bombillas colocadas en triangulo que lucen con ms
y menos brillo y en un sentido de giro. En el momento que la
bombilla situada en el vrtice superior brilla ms que las otras nos
indica que se puede acoplar.
A continuacion se presenta una investigacion abarcando este tema
de estudio con intenciones de ampliar el tema de generadores
sincronos, que en el libro de texto en ocaciones se limita cierta
informacion que es muy importante y aplicable como lo es este
tema.
ContenidoSincronizacin
Para abastecer la demanda energtica de las ciudades y de la
poblacin en general se requieren grandes cantidades de energa que
han llevado a generar alternativas para lograr satisfacer el gran
incremento anual de consumo. Se debe tener presente que los
generadores sncronos no se utilizan en acoplamientos en serie por
presentar poco inters prctico porque no se los podra acoplar
fcilmente sin tener que apagar todos el sistema y adems porque el
funcionamiento es inestable en esta configuracin.
El acoplamiento de los alternadores resulta ms complejo que el
de los dnamos (DC), debido a la presencia de una nueva
caracterstica, la frecuencia, cuyo valor debe ser ajustada de forma
muy precisa para ser igual para todos los alternadores ya que si no
se da esto producir un dao en la mquina. En la actualidad es raro
encontrar la existencia de un alternador nico que de manera aislada
alimente su propia carga. Esto slo se lo puede encontrar en
aplicaciones tales como los generadores de emergencia.
La principal diferencia entre los diferentes tipos de
generadores sncronos, se encuentra en su sistema de alimentacin en
continua para la fuente de excitacin situada en el rotor. Al
utilizar varios alternadores o generadores se puede alimentar una
carga ms grande que una sola mquina. El tener varios generadores
incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que
la falla de cualquiera de ellos no causa la prdida total de
potencia en la carga. Tener varios generadores que operan en
paralelo permite separar uno o ms de ellos para cortes de potencia
y mantenimientos preventivos. Si se hace un anlisis simple se ve
que al usar un solo generador y este operar cerca de plena carga,
entonces ser relativamente ineficiente.
Con varios generadores ms pequeos trabajando en paralelo, es
posible operar slo una fraccin de ellas. Las que estn operando lo
hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera ms eficiente.
Con la finalidad de mejorar el parmetro de rendimiento y
fiabilidad de los sistemas, las diferentes centrales se conetan
entre s en paralelo, por medio de lneas de transporte y
distribucin. La red as constituida representa un generador
gigantesco en el que prcticamente la tensin y la frecuencia se
mantienen constantes. Esto se debe a que sobre esta gran red
(barras infinitas de potencia), la introduccin de un nuevo
generador no altera los parmetros bsicos anteriores, por
representar una fraccin muy reducida frente al conjunto total.
Mtodos de Sincronizacin
En este punto comn mente llamo puesta en paralelo de generadores
se deben seguir algunos pasos y precauciones para el optimo
funcionamiento de estas maquinas sncronas.
Poner en funcionamiento el generador a conectar
En este punto se pone en funcionamiento el generador que se
desea colocar en paralelo esto conlleva a llevarlo a su velocidad
sncrona (igualando de esta manera f1=f2) e igualando el valor de
sus voltajes, otra condicin es la secuencia de fase del generador
en aproximacin se debe comparar con la secuencia de fase del
sistema en operacin. Para asegurarnos de cumplir estas condiciones
y de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos mtodos a
continuacin
Secuencia de fases
Otra condicin es la secuencia de fase del generador en
aproximacin se debe comparar con la secuencia de fase del sistema
en operacin. Para asegurarnos de cumplir esta condicin y de las
expuestas en puntos anteriores se indican algunos mtodos a
continuacin:
Existen muchas formas de comprobar esto una de ellas es conectar
alternativamente un pequeo motor de induccin a los terminales de
cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la misma
direccin 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 fase son diferentes y se deben invertir dos de los
conductores del generador en aproximacin. Otro mtodo ms simple un,
para medir la secuencia es el uso de un secuenciometro, el mismo
que puede ser electrnico o un electromecnico, pero ambos siguen el
mismo principio de el motor de induccin expuesto anteriormente
Sincronizacin de los generadores
Este punto es el de mayor importancia cuanto se trata de
generadores en paralelo, es por eso que se antes de poner en
funcionamiento los dos o ms generadores debemos hacer algunas
pruebas para asegurarnos de su correcta sincrona:
El mtodo de las "lmparas de fase apagadas"
Este mtodo consiste en conectar las lmparas entre UU', VV", WW"
la diferencia de potencial entre lmparas, nos indica si se cumplen
las condiciones es decir cuando las lmparas estn apagadas se
verifican las condiciones
El mtodo de las "luces rotantes o encendidas"
Las diferencias de potencial entre lmparas varan en mdulo si las
velocidades de rotacin son diferentes. Cuando estn en sincronismo
la lmpara UU' est apagada y las otras dos brillan igualmente, de no
ocurrir esto se ve el encendido alternativamente en un sentido u
otro como si girasen, indicando que la mquina va ms lenta o ms
rpida. Una vez cumplida las condiciones se puede decir que las
maquinas estn es sincrona.
A continuacin se indica un esquema con todas estas
caractersticas juntas:
En la grafica se puede ver un voltmetro llamado voltmetro cero,
se lo coloca como se indica en el esquema entre la misma fase y
recibe su nombre debido a que cuando indica un valor de cero
voltios el generador esta en sincrona:
Uso de un Sincronoscopio
Un sincronoscopio como es de suponer es un instrumento que nos
indica la sincrona de los generadores, mide la diferencia en los
ngulos de fase de cualquier fase entre los dos sistemas.
Entre los principales estn los de aguja y los electrnicos
Condiciones Eletromecnicas a Cumplir
Para conectar generadores en paralelo es necesario tomar en
cuenta algunos aspectos para el correcto funcionamiento y de esta
manera evitar cualquier tipo de problemas tales como que los
generadores se daen severamente y que la carga pierda potencia,
dichos aspectos se explican a continuacin:
Secuencias de fase
Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.
Los ngulos de fase de las dos fases deben de ser iguales, la
secuencia en la que el voltaje de fase llegue a su pico en los dos
generadores sea la misma. Si la secuencia de fase es diferente
entonces aun cuando un par de voltajes estn en fase, los otros dos
pares de voltajes estarn desfasados por 120. Si se conectan los
generadores de esta manera, no habr problema con la fase a, pero
fluir enormes corrientes en las fases b y c, lo que daara ambas
mquinas.
Un mtodo que permite comprobar la sucesin de fases se describe a
continuacin: Se recurre a un pequeo motor asncrono trifsico, que se
conecta provisionalmente a las barras de la red. Luego se van
acoplando sucesivamente, pero uno a uno, los distintos
alternadores, pudiendo estar seguros que la sucesin de fases es
idntica para todos ellos cuando el motor gira en el mismo
sentido.
Similares caractersticas constructivas
Las maquinas deben ser iguales, es obvio que no se podr obtener
dos generadores totalmente idnticos, pero al menos que se parezcan
mucho en su parte constructiva, a mas de eso que las potencias que
entregan cada uno sean de similar valor, y preferiblemente del
mismo fabricante o estar homologadas con las mismas normas
internacionales IEC o IEEE/ANSI.
Voltajes iguales
Si los voltajes de los generadores no son exactamente iguales,
habr un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el
interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases
debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ngulo de fase
que el conductor al que se conectara. En otras palabras, el voltaje
de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a y as
en forma sucesiva para las fases b-b y c-c. Y tambin hay que
asegurarse de ser iguales los voltajes de lnea rms.
Frecuencias iguales
Las frecuencias de los 2 o ms generadores al igual que los
voltajes deben ser las mismas ya que de lo contrario se ocasionaran
graves problemas, esto lo podemos visualizar en las siguientes
graficas:
La primera grafica tiene 60 HZ y un voltaje fase de 120v:
La siguiente grafica tiene 58 HZ apenas 2 HZ menor que la
anterior y el mismo voltaje de fase:
Y en la sguiente grafica podemos ver la el resultado de que
sucedera si ponemos a funcionar el generador a frecuencias
diferentes (60HZ y 58 HZ):
Como se puede observar en la grafica resultante, la suma de las
ondas a distintas frecuencias y al mismo voltaje se obtiene a la
salida un voltaje totalmente distorsionado y con una frecuencia
igual a la diferencia entre el valor de las frecuencias de las dos
primeras ondas, lo cual ocasionara grandes problemas en la
carga.
Concluciones
Al utilizar varios alternadores o generadores se puede alimentar
una carga ms grande que una sola mquina. El tener varios
generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia,
debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la prdida
total de potencia en la carga. Tener varios generadores que operan
en paralelo permite separar uno o ms de ellos para cortes de
potencia y mantenimientos preventivos. Si se hace un anlisis simple
se ve que al usar un solo generador y este operar cerca de plena
carga, entonces ser relativamente ineficiente.
Para ajustar la reparticin de potencia reactiva entre
generadores sin cambiar el voltaje VT, se debe incrementar de
manera simultnea la corriente de campo de un generador a la vez que
se disminuye la corriente de campo en el otro. Para ajustar VT sin
cambiar la reparticin de potencia reactiva, se debe incrementar o
disminuir de manera simultnea las corrientes de campo de ambos
generadores. En este trabajo se han podido destacar las grandes
ventajas que brinda la configuracin de alternadores en paralelo,
como es el suministrar la suficiente potencia que requieran las
cargas, como el suministro en la distribucin de energa elctrica. y
esto a su vez satisface una demanda que cada da va creciendo debido
a que el mundo es mas dependiente de la energa elctrica.
Antes de conectar los generador en paralelo recordar siempre y
asegurarse de los siguientes puntos:
Se acelera la mquina al nmero de r.p.m. nominales igualando
frecuencia1 con frecuencia 2.
Se regula la excitacin hasta que la tension de bornes sea igual
a latension de lnea.
Se realiza la sincronizacion.
Se activa el interruptor para unirla a la barra infinita.
Segn las necesidades de potencia se aumenta la velocidad o se
aumenta la excitacin.
Bibliografia
Referencias electronicas
1.
http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria-electrica/respuestas/77061/sincronizacion-de-generadores
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http://www.buenastareas.com/materias/sincronizacion-de-alternadores-trifasicos/0
3.
http://www.alipso.com/monografias4/Paralelo_de_generadores/
4.
http://www.monografias.com/trabajos89/generadores-sincronos-paralelo/generadores-sincronos-paralelo.shtml
5.
http://www.alipso.com/monografias4/Paralelo_de_generadores/
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Refernencias bibligraficas
1. Stephen Chapman. Mquinas Elctricas. Editorial Mc- Graw Hill.
3ra edicin. 2003
2. Fraile Mora, Jesus. Mquinas Elctricas. Mc-Graw Hill. 3ra
edicin. 2003
1