• Author / Uploaded
• wcristianms

Citation preview

/

Máquina o barra de distribución en funcionamiento

1

¡;E

Bobina de polarización

2

!1

Máquina que entra a. Circuito lndice

,..-®

~

1

¡®

1

®_./ b. Carátula

,.

s focos o bombillas. Si el des:¡ue la frecuencia del a lternaIcionamiento o la de la barra

·io, o sincronoscopio, con una a más lenta o rápidamente , y

:e

:1 tipo de aspa polarizada . da a la frecuencia uC lama.nza rotor . El de vanado del estator mferencia del instrumento del n de fase partida, y se conecta ·s;ator gira a la frecuencia de la

x

~ ®l

1

,, 1

1®

N

.1

1\

®/ 1

c. Flujo del campo rotatorio y magnetización del indicador en sincronismo

Figura 7-21 Circuito, carátula y principio de funcionamiento del sincronoscopio, del tipo de aspa polarizada. ·

m áquina que entra, mientras que el aspa de hierro está polarizada (magnetizada) a la frecuencia de la barra de distribución o de la máquina que esté funcionando. Cuando las frecuencias están exactamente en sincronismo, el indicador se alinear á e n posición vertical fija, como se muestra en las figuras 7-21 by c. En esta últi m.a, obsérvese que cuando el campo giratorio está en ángulo recto con el puntero, este puntero o indicador no está magnetizado. Si el indicador se magnetizara ligeramente debido a una diferencia de frecuencias, se movería lentam e nte a izquie rd a o derec ha. Si el campo gira a 61 H z y el aspa está magnetizada a 60Hz, girará en el sentido de las m anecillas del reloj a una velocidad de l rps (revolución por segundo). A la inversa, si el campo gi ra a 58 Hz, el aspa g irará en el sentido contr a rio al de las manecillas del reloj a una velocidad de 2 rps. Cuando las frecuencias son idénticas, el indicador "se amarra" a una posición fij a, que indica la diferencia de fases entre los dos voltajes de los alternadores.

Métodos de . " n con focos o bombillas. Jn!Z3Cl0

·a 7-20

. • en que se d ebe cerrar. el .aCIOn ios se fabrican en varios dJseóvil y el de bobina cruzada. circuitos monofásicos y por lo JS como polifásicos. Debido a. detectar la secuencia d e fases; tccJon o con un indicador de . de voltaje; esto se deb e h ácer

!

¡,..-®

7-15

INDICADOR DE SECUENCIA DE FASES Aunque el sincronoscopio da indicaciones con mucha exactitud, mejor que los métodos de los focos o bombillas, del instante exacto en el que se debe tener la si ncroniza ción , o de si el alternador que se va a conecta r está girando más rápido o más lento, no puede indica r la secuencia de fases, lo que el método de los focos sí puede. Antes se hizo notar (véase sección 7-13) que los motores polifásicos de inducción pueden em. picarse con este fin. Pero tal vez esos motores no se puedan conseguir con facilidad, ni sea n portátiles o tan cómodos de usar como el indicador de secuencia de fases. El c ircuito básico de este indicador se muestra en la figura 7-22a. Consta de dos focos , lámparas o tubos idénticos de neón con un capacitar, en la línea 2, conectados todos en estrella. La figura 7 -22b muestra el circuito equivalente simplificado del indica7-15 INDICADOR DE SECUENCIA DE FASES

231

N

N

A (1)

A

8

e

(1)

(2)

(3)

r

Tabla 7-1 Capacitar en línea

B

8

e

(2)

(3)

A

e

El ejemplc en el que el cap

b. Circuito equivalente simplificado

a. Circuito básico

EJEMPLO 7-ll

e

e Secuencia ACB (negativa)

Secuencia ABC (positiva)

c. Diagramas fasoriales de las dos secuencias

Figura 7-22 Circuito del indicador de secuencia de fases y diagramas fasoriales para cada secuencia.

dor de secuencia de fases. Los resistores del circuito básico (figura 7 -22a) se seleccionan y diseñan de tal modo que el voltaje de fase en un caso sea mayor que el potencial de ignición y en el segundo caso sea menor que este potencial para los focos o tubos de neón. Con respecto al circuito simplicado (figura 7 -22b ), cuando se enciende el foco de neón N 1, la secuencia de las fases es BACBA, etc., lo cual sucede cuando el voltaje de la fase A al neutro (N) es mucho mayor que el voltaje de la fase C al neutro. Esta secuencia ACB, que se llama secuencia negativa, se muestra en la figura 7 -22c. Igualmente, cuando se enciende el foco de neón N 3, la secuencia de fases es BCABC, etc., lo cual sucede cuando el voltaje de la fase Cal neutro (N) es mayor que el voltaje de la fase A al neutro. Esta secuencia ABC, o secuencia positiva, también se muestra en la Fig. 7 -22c. La tabla 7-l resume la secuencia de fases en términos de las terminales de línea del indicador: A, B, C (o l, 2, 3, respectivamente), 4 en las que se puede ubicar al capacitor ya sea en los conductores A, B o C, respectivamente. De la tabla se puede llegar a la• conclusión de que la secuencia de los conductores siempre es la siguiente: ¡capacitor-foco que se enciende-foco que no se enciende!

4 Con frecuencia, las terminales del equipo eléctrico industrial que se van a conectar a conductores trifásicos tienen las marcas L¡. L2 y L3. y no A, By C. La secuencia positiva de fa ses puede ser 1, 2 y 3, o A, B, C. La secuencia de fases es de extrema importancia en algunos casos en los que el equipo es sensible a ella. Un ejemplo es una bomba impulsada por un motor trifásico que se puede dañar si la rotación de su mo· tor es incorrecta. Otro caso es el de un soplador para impulsar aire en dirección adecuada (deseada) .

232

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO

Para el circuito de la figUJ una carga trifásica de tres tada en estrella, use el an~ calcular a. Las corrientes de mall. polar y rectangular5 b. Las corrientes de línea 1 polar y rectangular c. Los voltajes de fase V 1 forma polar d. Trazar un diagrama fa: todos los voltajes de línc

Solución Al escribir las dos ecuacion e I2 en la figura 7 -23a se e ordenamiento: 11 12 6 +jO -3 +jO

-3 +jO 3 -j4

Determinante .1 = /

'

6 +jO -3 +jO

Con respecto 1· Si los resisto re: línea e, el fo co B SE APAGA! 5 Para una prese Wiley & Sons, 1988), Pá

Tabla 7-1

N

r 8

(2)

Funcionamiento del indicador de secuencia de fases

Capacitor en la línea

B A

e

e

(3)

Foco que enciende en la línea

Secuencia positiva de fases

Foco que enciende en la línea

Secuencia negativa de fases

e

BCABC ABCAB CABCA

A

BACBA ACBAC CBACB

B A

EJEMPLO 7-11

7·22

Circuito del indicador

figura 7 -22a) se seleccionan mayor que el potencial de ralos focos o tubos de neón. ando se enciende el foco de sucede cuando el voltaje de e la fase C al neutro. Esta :ra en la figura 7 -22c. .J 3• la secuencia de fases es al neutro (N) es mayor que :uencia positiva, también se os de las terminales de línea . las que se puede ubicar al :nente. De la tabla se puede ores siempre es la siguienté:

que se van a conectar a conductores sitiva de fases puede ser 1, 2 y 3: o A. ;os en los que el equipo es senstb1e a . puede dañar si la rotación de sumo· ~ dirección adecuada (deseada).

B

El ejemplo 7-11 muestra una comprobación parcial de la tabla 7-l para el caso en el que el capacitor está conectado en el conductor C.

rcuito equivalente simplificado

encía de fases y diagramas es para cada secuencia.

e

Para el circuito de la figura 7-23a, que indica una carga trifásica de tres conductores conectada en estrella, use el análisis de mallas para calcular a. Las corrientes de malla 11 e 12 en forma polar y rectangular5 b. Las corrientes de línea lA, In e le en forma polar y rectangular c. Los voltajes de fase V AO• V no y V co en forma polar d. Trazar un diagrama fasorial que muestre todos los voltajes de línea y de fase.

Solución Al escribir las dos ecuaciones de malla para 1 1 e 12 en la figura 7-23a se obtiene el siguiente ordenamiento: l1 l2 V 6 +jO -3 +jO

.

-3 +jO 3 -j4

-1

Determmante, A- _ 6 +jO +jO 3

100 +jO -50- j86.6 -3+j01 =9-'24 1 3-;4

100+j0 - 1-50-j86.6 a. l16.

-3 +jO' -3 -j4

- 150- j 659.8 9- j24 = 26.157-j3.5589 = 26.4 L-7.75° A

6+j0 12= 1-3+j0

100+j0 1 -50-j86.6 6.

o~ {~~~- 6 = 18.98-j7.118 = 20.27 L -20.56° A b. h = 11 = 26.16-j3.559 = 26.4 L -7.75° A la= l2 - . l1 = (18.98-j7. 118) - (26.16-j3.559) = -7.177-j3.559 = 8.011 L -153.62° A le= - 12= - 18.98+j7.118 = 20.27 L 159.44° A c. VAo=lAZA =(26.4 L-7.75°)(3 L 0°) = 79.2 L -7.75• V Vso = laZa = (8.0 11 L- 153.62°)(3 L 0°) = 24.03 L -153.6° V Veo = leZe = (20.27 L 159.44°)(4 L - 90°) = 81.08 L 69.44° V d. El diagrama fasorial se muestra en la figura 7-23b con los voltajes de fase inscritos dentro del triángulo (equilátero) d e los voltajes de línea dados.

Con respecto a la solución del ejemplo 7-11, adviértase lo siguiente: l. Si los resistores de 3 fl fueran focos o tubos de neón y el capacitor estuviera en la línea e, e l foco o tubo en la línea A SE ENCENDERlA y el foco o tubo de la línea B SE AP AGARIA. 5 Para una presentación completa de la técnica, véase Kosow, Circuit Analysis (New York: John Wiley & Sons, 1988), Págs. 543-547. 561-563 y 661 -668.

7-15 INDICADOR DE SECUENCIA DE FASES

233

2. De la figura 7 -23a, la secuencia dada de fases es ABC, basada en los voltajes de línea dados. Esto se comprueba también en el último renglón de la tabla 7 -l . Con un capacitor en la línea C y estando encendido el foco o tubo de neón A , ¡la secuencia de fases es ABC y positiva!

7-16

2. Se compru. focos o bon

3. Se compara te un sincro máquina en se disminuye

3. El diagrama fasorial de la figura 7 -23b muestra también que el punto neutro (O) se ha desplazado del centro geométrico del triángulo hacia un punto más cercano al nodo B de voltaje, reduciendo así el voltaje a través de la carga de la línea B y aumentando el voltaje a través del foco o tubo de neón en la línea A y el capacitor en la línea C.

4. Se cierra el .

4. El ejemplo 7-ll valida, en parte, la tabla 7-l. El lector debe comprobar el renglón 1 de esa tabla para las dos secuencias de fase que aparecen en la figura 7-22c.

5. Se hace que

bombillas o mente igual< línea. tor.

6. Mediante su

RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO CORRECTO PARA CONECTAR EN PARALELO ALTERNADORES POLIFASICOS

potencia reac

7. Se ajusta el v

Lo siguiente es un resumen de los pasos necesarios para conectar un a lternador polifásico en paralelo con olros alternadores por medio de una barra de distribución:

reóstatos de e

8. Se ajusta la fr de todos Jos a

l. El alternador que se va a incorporar se lleva a la velocidad nominal y se ajustan sus voltajes efectivos de línea con los voltajes de la barra mediante un voltímetro.

lA

A 0

100~ V

A

--:- ~ r, le

B

100/-120° V

eo

7-17

3.0.

Ic

B

~12

e

Cada uno de los a: de energía (figura l temente del sistema a la cual los altero;: función de la veloc Cada estación iguales a las de un s servicio y mejor est. Cuando la car momotores de todo necesita algún méto tema a 60 Hz, o a la En vista de que tant· vamente a lt a, y dadc gran inercia térmica te lenta en un sisterr

o . -}4

CONTROL DE EN UNA ESTA

n.

~--------~0>----it------'

a. Carga 3 cp de tres conductores y desbalanceada

Veo = 24.03/-153.6° \

La figura 7-24

e b. Solución al ejemplo 7· 11 d

234

FUNCIONAMIENTO EN PARALELO

Figura 7-23 Ejemplo 7- 11 : Circuito desbalanceado trifásico, de tres conductores, y su diagrama fasor ial que muestra la secuencia de fases ABC.

corrección de frecue; ción ([0 ) se detecta rr entrada de un patrór cuencias, se transmit impulsa a un servomc lo cual se aumenta o e lida en la barra de di!

basada en los voltajes de .glón de la tabla 7 -l . Con 0 tubo de neón A, ¡la se:¡ue el punto neutro (O) se un punto más cercano al : la carga de la línea B y n la línea A y el capacitar lector debe comprobar que aparecen en la figura

2. Se comprueba la secuencia de fases mediante un indicador de secuencia o de focos o bombillas de sincronización .

3. Se compara la frecuencia del alternador que va entrar con la de la barra median te un sincronoscopio o algún método de focos o bombillas. Si la frecuencia de la máquina entrante es baja, se aumenta la velocidad de su primom otor; si es alta, se disminuye. (Véase sección 7-17.) 4. Se cierra el inte rruptor de conexión en paralelo en el instante en que los focos o bombillas o el sincronoscopio indican que los voltajes de fase a fase son exactamente iguales y opuestos. El alternador que entra queda entonces flotando en la línea.

5. Se hace que el a lternador tome carga aumentando la velocidad de su primomo tor.

PARA POLIF ASICOS !ctar un alternador polifánrra de distribución: :idad nominal y se ajustan r' ·a mediante un voltímetro.

Ira 7-23 Ejemplo 7- 11 : uito desbalanceado trifásico. de conductores, y su diagrama rial que muestra la secuencia de S

ABC.

6. Mediante su reóstato de campo, se ajusta el factor de pote ncia al cual conduce potencia reactiva el alternador que entra.

7. Se ajusta el voltaje de las barras de distribución ajustando simultáneamente los reóstatos de campo de todos los alternadores. 8. Se ajusta la frecuencia de la barra ajustando en fo rma simultánea las velocidades de todos los alternadores. (Véase sección 7-17.)

CONTROL DE FRECUENCIA DEL VOL TAJE DE BARRAS EN UNA EST ACION GENERADORA Cada uno de los alternadores que aparecen en sus respectivas estaciones generadoras de energía (figura 1-1) consta de varias unidades que t rabajan en paralelo, independie n · temente del sistema primario de combustible que se.use para impulsarlas. La frecuencia a la cual los a lternadores funcionan (teniendo un nú me ro fijo de polos) es únicamente función de la velocidad de estos a lternadores, como se ind ica en la ecuación (2-17). Cada estación generadora t iene la obligación de mantener su vo ltaje y frecuencia iguales a las de un sistema interconectado, o red de potencia, para dar continuidad de servicio y m ejor estabi lidad en el caso de sob recargas y/ o salidas de otras estaciones . Cuando la carga del sistema varía e n las diversas horas, es necesario que los pri · momotores de todos los alternadores se aceleren o desaceleren. En consecuencia , se necesita algún método de control autom á tico para hacer regresar la frecuencia del sistema a 60Hz, o a la que se tenga como básica en el sistema (digamos 50 Hz o 25 H z) . En vista de que tanto los a lternadores como sus primomotores tienen una masa relati vamente a lta, y dado que los primomotores a base de combustible fósil tienen también gran inercia térmica, las fluctuaciones de carga ocasionan una respuesta relativamente len ta en un sis tema de control automático. La figura 7-24 muestra un sistema cerrado típico de control automático para la corrección de frecuencia. La frecuencia de salida del voltaje de la barra de distribución ({0) se detecta mediante un comparador de frecue ncia, que también recibe un a ent rada de un patrón de referencia de frec uencia lfr)· En el caso de diferencia de fre · cuencias, se transmite una señal de error (D.j) a un amplificador de potencia que impulsa a un servomotor (M). Este servomotor abre o cierra una vá lvula de vapor , con lo cual se a umenta o disminuye la entrada de vapor a la tur bina. Si la frecuencia de sa· lida e n la barra de d istribución es demasiado alta, la señal de error reduce la e ntrada 7 · 17 CONTROL DE FRECUENCIA DE VOLTAJE DE BARRAS

235