Tipos de exitatriz maquina sincrona

1)Regulación de velocidad:

hay muchas maneras de aprovechar la energía generada por el agua al golpear los alabes de una turbina, puede ser por sistemas que operan con turbinas girando a velocidad constante o con sistemas girando a velocidad variable esto debido a la energía generada o la existencia o no de control de velocidad en el generador.

Sistemas que operan a velocidad variable:

no causan inconvenientes ni daños al sistema, la velocidad solo se ve afectada por la carga impuesta a la máquina.

Sistemas que operan a velocidad constante:

estos sistemas operan a velocidad constante para no dañar el generador ni los equipos y maquinas que operan con corriente alterna. Dada a que la frecuencia (f) es directamente proporcional a la velocidad de giro del alternador una variación en la velocidad genera una variación en la frecuencia del sistema (fsist).

Efectos a una operación a baja frecuencia:

motor eléctrico(puede malograrse por exceso de corriente, el motor no arranca), lámpara fluorocente (no enciende, menor iluminación), alternador (caída de tensión en el sistema y sobrecalentamiento).

Efectos negativos a operación de alta frecuencia:

lámpara incandecente (duran menos), motores (puede averiarse), alternador (puede dañarse por exceso de velocidad).

Aquellas centrales hidroeléctricas sin sistema de regulación de velocidad, una variación en la demanda producirá una variación en  la velocidad de la turbina, es decir girara a una velocidad diferente de la síncrona causando variación en la frecuencia y en la tensión de línea por ello es necesario instalar un sistema de regulación de velocidad en la turbina.

2)Regulación de velocidad mediante regulación de caudal:

para tener una velocidad constante del grupo generador, con una demanda variable es necesario que P.Ingreso= P.Sal + Perdidas este equilibrio se logra regulando la cantidad de agua que ingresa a la turbina pues al producirse un aumento en la demanda, se abrirá la válvula de ingreso de agua ocacionando que la P.Generada = P.Demandada.

2.1) Regulación Manual: Se utiliza en microcentrales P50kw>

2.2) Regulación Automática:

proporciona un sistema con f y V (tensión) estables, este sistema se emplea cuando existen grandes fluctuaciones en la demanda, utiliza reguladores de volicidad oleomecanicos este sistema es usado para centrales de P>100kw.

Elementos Principales de los reguladores Oleomecanicos:

A)Péndulo:

es un contrapeso que gira a una velocidad proporcianal al giro de la turbina, su función es captar variaciones en la velocidad y transmite un movimiento para el cierre o apertura del paso de agua a la turbina.

B)Bomba de Aceite:

es un sistema de cierre o apertura, el paso de agua se realiza mediante un circuito con aceite a presión la cual trabaja con 1 o más bombas de desplazamiento positivo, tal como poleas las cuales son movidos por la turbina por medio de fajas y poleas.

C)Válvula de distribución de aceite:

distribuye el flujo de acite hacia una dirección el cual puede tratarce de un cierre o apertura del paso del agua y su posición es controlada por el péndulo.

D)Servomotor:

es un cilindro hidráulico que ejerce fuerza sobre los órganos reguladores de caudal de la turbina (distribuidor o válvula de aguja), como los dispositivos distribuidores de aceite no pueden mover los elementos reguladores de caudal es necesario un elemento que amplifique la fuerza de la presión de aceite proveniente de las bombas de desplazamiento positivo.

D.1) Mecanismo de retroalimentación:

es un mecanismo que interrumpe a tiempo el curso de reulacion y lleva a la válvula a su posición de equilibrio consiguiendo estabilidad de la velocidad de la turbina en un tiempo reducido.

D.2) Cuerpo Regulador:

Características técnicas del regulador de velocidad:

Velocidad de giro del péndulo (rpm), velocidad de giro de la bomba de aceite tiene accionamiento magnético independiente del péndulo, carrera del servomotor (m):
es la distancia que puede recorrer el pistón del servomotor para variar la posición del mecanismo de admisión de agua desde marcha en vacío hasta plena carga, capacidad de trabajo (kg-m):
es la máxima fuerza que se requiere para accionar el mecanismo de admisión de agua a la turbina por la carrera del servomotor, regulación o ajuste de la velocidad(%):
es el rango de velocidades donde el regulador funciona satisfactoriamente, Estatismo permanente(%):
es la diferencia relativa de  velocidades en vacío y a plena carga y varia entre 0 a 6%, constante de tiempo del sistema de amortiguación del retroalimentador:
tiempo que demora el pistón del retroalimentador en recorrer todo su carrera por acción del resorte, tiempo de cierre(seg):
tiempo que emplea el servomotor para cerrar completamente el mecanismo de admisión de agua este varia entre 3 y 15seg.

3)Regulación de velocidad por regulación de carga:

En este sistema el grupo generador entrega potencia constante, es decir no hay regulación de caudal de agua, pero el grupo debe generar una P>o=P.Demandada , el exceso de portencia generada se disipa en forma de calor atraves de una resistencia.

3.1)Regulación Manual:

es poco usada, requiere de un banco de resistencias que el operador conectara o desconectara según aumente o disminuya la fsist, la ventaja de este sistema es que el operador puede realizar esta regulación desde su casa sin la necesidad de estar en la casa de fuerza, es útil para microcentrales.

3.2)Regulación Automática de carga:

llamada también sistema de regulación electrónica de carga, es usado en centrales de P< 100kw,="" este="" sistema="" no="" regula="" el="" caudal="" de="" agua="" sino="" que="" el="" alternador="" genera="" una="" potencia="" constante="" y="" el="" regulador="" electrónico="" de="" carga="" a="" través="" de="" unas="" válvulas="" conocidas="" como="" tiristores,="" deriva="" la="" energía="" no="" consumida="" por="" la="" demanda="" a="" un="" sistema="" de="" disipación="" de="">

Ventajas respecto al regulador oleomecanico:

simplificación del diseño de las turbinas, menor costo, operación mantenimiento sencillo, no produce sobrepresiones en la turbina de presión, fácil fabricación, mayor rapidez de respuesta a cambios de carga.

Composición DE LOS REGULADORES Automáticos DE CARGA:

A)Fuente de poder:

toma la energía del alternador y la suministra en corriente continua CC y el voltaje requerido por todos los circuitos electrónicos que componen el regulador.

B)Unidad de control y protección:

es el corazón del regulador, consiste en los circuitos sensores de: f, V y corriente I. Ademas contiene los relés, interruptores y fusibles de protección.

C)Unidad de potencia:

contiene los circuitos de disparo para regular la energía disipada en la carga secundaria. Ademas contiene los tiristores y relés en caso deregulacion digital.

Regulación continua o Analógica:

se logra mediante tiristores o rectificadores de control de silicona (SCR), los cuales permiten el paso de la corriente hacia la carga segundaría, solo cuando se recibe una pulsación de paro que proviene del circuito de control de disparo. El proceso de control de frecuencia se realiza comparando la f del alternador con una señal de referencia, se compone de 2 valores y se emite una señal diferencial que va a un circuito integrado de control y luego a un circuito de disparo, cuando hay variación en la carga habrá variaciones de la frecuencia, entonces la señal es diferente de cero se producen variaciones hasta que la f vuelva a estabilizarse.
Desventaja (al cortar las ondas de corriente provocan interferencia en las señales de radio en la zona

)

Regulación escalonada o Digital:

es muy similar a la continua la diferencia radica en que no se corta la onda de corriente  de valor nulo, por ese momento se conectan o desconectan cargas resistivas. Estas cargas de valor fijo, por lo general se utilizan cargas de valores diferentes con la finalidad de que el regulador tenga amplio margen de combinaciones mas adecuadas.
Ventajas sobre los sist. De reg. Continua (al no cortar las ondas de corriente y realizar regfulacion por escalones, no se producen interrupciones en las ondas de radio

)

Características técnicas de los reguladores electrónicos de carga: respuestananla aplicación o retiro del 100% de la carga:
desviación transitoria de la frecuencia menos de 0.25s, Estatismo:
de 0 a 3%, temperatura máxima de operación:
55°C, tipo de alternador a utilizar:
cualquiera que trabaje con voltajes entre (100V-500V) y frecuencias nominales entre (45 y 65Hz), tipo de demanda:
indiferente (capacitiva, inductiva o resistiva), tipo de carga de lastre a utilizar:
resistiva de 10% a 20% mayor que la máxima demanda esperada, factor de potencia de la demanda:
mayor de 0.7.

4) Generador Sincrono: Es una maquina primordial en las unidades de generación

4.1)Velocidad síncrona

Es la velocidad de giro de la maquina que permanece invariable y origina en la CA la frecuencia síncrona. La velocidad rotativa es dada por la maquina.

4.2)Principio de Operación

Un generador síncrono tiene bobinado de campo excitado por CC y la tensión en la armadura es alterna, de ahí la denominación alternador.

Razones por su uso:

Cuando el alternador opera en paralelo con otro existente de un sistema monofásico, en aplicaciones de potencia baja P<30kva cuando="" se="" opera="" el="" crecimiento="" futuro="" de="" la="">30kva>

El alternador trifásico tiene 3 fases distanciadas 120 grados entre si y sus tipos de conexión son conexión estrella y conexión triangulo.

El sistema trifásico es el mas difundido por:

es el mas económico y simple de producción y consumo de energía eléctrica, tiene motores eléctricos mas simples, menos pesados y mas eficientes que el monofásico.

Excitatriz:

es el generador auxiliar que prevee de corriente al campo.

4.3)Construcción: Por la ubicación del Campo

A)Armadura rotativa:

es el campo estático y sus componentes son idénticos al generador de CC, el colector esta formado por anillos rozantes, esta limitada a bajas potencias debido a la dificultad de dar salida con escobillas a su corriente generada y altos pesos de sus bobinados.

B)Campo rotativo: Constituida por el rotor es el mas fabricado

Por el uso de Escobillas:

A)Con escobillas:

se usa en los alternadores de corriente de excitación pequeña la cual se inyecta por medio de las escobillas a la excitatriz.

B)Sin escobillas:

se usan los rectificadores de silicio  que dan lugar a que el generador este compuesta por: un alternador de campo rotativo como fuente de potencia, una alternador de armadura rotativa trifásica como excitatriz, un pueste rectificador con diodos de silicio que vuelve continua la corriente producida por la excitatriz y excita el campo del generador.

4.4)Regulación de tensión:

para un trabajo adecuado de una microcentral que no se conectan a otras redes de energía eléctrica es necesario un control de la tensión de salida la cual se logra manteniendo la tensión en estrechosvalores.

Pues la reacción de armadura producido por el paso de la corriente por la carga y su factor de potencia hacen caer el valor de la tensión generada.

4.5)Regulación automática de Tensión (AVR):

su función es mantener la tensión constante a cualquier condición de carga dentro del valor nominal aun cuando hay variación de velocidad (5%). Toma como señal la tensión de salida del alternador, la compara y emite la corriente continua por la excitatriz necesaria para mantener la tensión.

4.6)División de un AVR EN circuitos operativos:

A)Circuito sensor y comparador: Toma la señal  y compara con una referencia y detecta el error

B)Circuito amplificador de error y control de disparo:

traduce el error y luego se emite una señal de disparo al tiristor.

C)Circuito de control de potencia:

toma la potencia del alternador y la señal de disparo, rectifica la corriente que se aplica al compo de la excitatriz para corregir la variación de tensión.

D)Circuito de estabilidad: Realimenta la señal para saber si la corriente de excitación es la apropiada

E)Circuito de protección por baja velocidad motriz:

Calibración:

A)tensión:

todo AVR tiene un potenciómetro para calibrar la tensión, puede existir un segundo que se coloca en el panel de control del generador. El calibrado se hace después del primer y para realizarlo se gira el cursor deñl potenciómetro en sentido horario para aumentar la tensión de salida.

El calibrado se hace con alternador girando a velocidad nominal y sin carga, el valor de la tensión no debe exceder el 5% de la nominal.

B)Estabilidad:

en la unidad hay otro potenciómetro para calibrar la estabilidad, en sentido horario la respuesta es lenta, por lo que se gira en ambas direcciones hasta conseguir la tensión de salida este sin oscilar, el calibrado se have a velocidad nominal y con carga.

C)Protección por baja velocidad motriz: Los métodos difieren y es necesario guiarse por un manual

4.7)Regulación de tensión automática Compuesta:

es un sistema electromagnético sin realimentación de señal compuesta por:

A)Reactancia lineal:

suministra la corriente de excitación para la tensión de vacío.

B)Transformador de Corriente:

esta conectada a la carga, este incrementara la corriente de excitación para compensar la reacción de armadura.

C)puente rectificador:

donde la corriente de la reactancia lineal y del ttransformador se suman y se convierten en CC de excitación.

Este sistema tiene un buen dimensionamiento de regulación del +2%y-2%, su aplicación es en alternadores con escobillas, en especial las de armadura rotativa. El método toma la excitación apartir de la corriente y tensión permitiendo gran capacidad para el arranque de motores eléctricos, como la tensión generada depende de la velocidad de giro, esta protegida contra sobrexcitación ante caídas de velocidad.

Calibración:

aumentando la longitud del entrehierro en el circuito magnético de la reactancia para aumentar la tensión de salida , variando la posición a la derivación de vueltas de la reactancia hacia el nivel de tensión que se desea.

5) Acoplamiento Eléctrico de Alternadores:

el único acoplamiento que permiten los alternadores es en paralelo ya que el de serie no es estable. En este se logra que el alternador 1 cuya fem esta adelantada suministra corriente al alternador 2, y el alternador 2 se comporta como motor síncrono, debido a la mayor potencia que ha de suministrar el alternador 1 se retraza hasta alcanzar nuevamente la velocidad de sincronismo, la potencia sincronizadora actúa haciendo el ángulo de retraso se reduzca a cero produciendo una coincidencia en las fases de los 2 alternadores.

5.1) Condiciones que deben cumplir para el acoplamiento de alternadores:

en CC basta con igualar la tensión en los bornes pero en CA deben tener igual magnitud máxima de tensión, mismo periodo y que exista igual coincidencia en las fases de tensiones o fem, estas condiciones para  el caso de acoplamiento de alternadores que funcionen en vacío ya que no suministran corriente a la red exterior.
Si en el caso de2 generadores de los cuales 1 esta en servicio y el otro sin carga no es necesario que las magnitudes y las fases de sus fem coincidan.

Como conseguimos amplitud máxima:

igualando la tensión de los alternadores puestos en paralelo, regulando la corriente de excitación del alternador que pondremos en paralelo.

Como conseguimos el mismo periodo:

regulando la velocidad del alternador puesto en paralelo mediante el ingreso de caudal.

Como conseguimos la coincidencia de fases:

sediendo corriente de un alternador al otro de manera que el ángulo de fase de las fem de loas alternadores llegue a cero.

La situación de las fem depende de la posición respectiva de sus cargas polares, con respecto a las bobinas de su respectivo inducido. Se deduce en relación con respecto al retraso de los vectores de los fem que cuando 2 alternadores iguales trabajen en paralelo llevando cada uno su carga respectiva, el funcionamiento será a condiciones normales, cuando exista una diferencia de fase entre los fem, en el circuito formado por los 2 alternadores circula una corriente, originaria de la potencia sincronizante que tiende a mantener el sincronismo  es deceir en el momento que de coincidencia de los 2 vectores de las fem repectivas (ángulo=0). Pero esto será en el caso de que los alternadores funcionen acoplados y sin variar la excitación .

2 alternadores trabajndo con carga y las fem están retrasadas mutuamente:

se produce una corriente denominada de compensación, que no interviene en la forma que la hace lo corriente sincronizante.

5.2)Maniobra para el acoplamiento:

lo primero que se debe hacerse una vez puesto en marcha el grupo que se va acoplar es actuar sobre el regulador de la máquina para conseguir que la frecuencia sea igual en los otros alternadores en funcionamiento.

Para determinar esta frecuencia se usa los frecuenciometros los cuales tienen el siguiente principio de funcionamiento:
Una serie de lengüetas vibrantes de acero esta sometida a la acción de CA, cada uno de estas tiene un cierto periodo de vibraciones, si una legueta recibe sacudidas magnéticas entrara en vibración cuando la frecuencia coincida con el periodo propio de la lengüeta excitada, entonces la chapita blanca que corona dicha lengüeta ofrecerá una imagen amplia y visible de la distancia.

Los frecuenciometros suelen tener 2 escalas (frecuenciometros dobles):

su función es de apreciar las frecuencias existentes en los grupos en funcionamiento y el alternador que se va acoplar.
Las lecturas de ambas indican como debe actuarse sobre el regulador de la maquina motora del generador que se va acoplar con el fin de disminuir o aumentar el numero de revoluciones y obtener la igualdad de dichas frecuencias conseguido esto se excita el alternador por medio de su reóstato hasta alcanzar la tensión de los demás alternadores que están en marcha.

Acoplamiento por el método de lámpara apagada:

consiste en 2 alternadores que generan corriente a alta tensión, por lo cual todos los aparatos están conectados a los transformadores derivados de las mismas fases de ambos alternadores, se conectan a una lámpara, la cual se prende y apaga seguidamente funcionando con una frecuencia que es la resultante de las tensiones en los bornes de los alternadores, cuando mayor sea la diferencia de frecuencia con mayor rapidez se efectuara el apagado y encendido de la lámpara, cuando las frecuencias sean iguales se producirá durante unos instantes la concordancia en fases y la lámpara permanecerá apagada en ese corto tiempo, el cual debe aprovecharse para conectar el alternador por medio de su interruptor correspondiente. El acoplamiento se efectuara cuando exista una ligera variación en la frecuencia y una pequeña separación de fases, las cuales se corregirán automáticamente ambos defector por acción de la potencia sincronizante.

Acoplamiento por el método de lámpara encendida:

solo solamente con invertir las conexiones que salen de los transformadores de medida estarán en oposición de fases y entonces el momento de coincidencia de fases se obtendrá cuando la lámpara tiene su mayor brillo.

En vez de lámparas para determinar la coincidencia de fases, se utilizan muy a menudo aparatos llamados sincronoscopios.