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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELÉCTRICA CONVERSIÓN DE ENERGÍA ELECTROMECÁNICA-II Ciclo/año: III-2016 Grupo: 01T Contenido: TAREA 1: “GENERADORES SINCRONOS” Catedrático: Mg. Héctor Romero Amaya Presentado por: Campos Echavarría, Cristian Daniel Ramos Cartagena, Jennifer Margarita Siete Guardado, Álvaro Mauricio

Ciudadela Don Bosco, junio de 2016.

Preguntas 1.

¿Por qué la frecuencia de un generador síncrono está confinada a la tasa de rotación del eje?

Por definición que un generador sea síncrono quiere decir que la frecuencia eléctrica se produce y entrelaza con la tasa mecánica de rotación del generador. El rotor de un generador síncrono consta de un electroimán al que se le suministra corriente directa. El campo magnético del rotor apunta en la dirección en que gira el rotor. Ahora, la tasa de rotación de los campos magnéticos en la maquina está relacionada con la frecuencia eléctrica del estator por medio de la ecuación

fe=

NmP 120

Debido a que el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético, esta ecuación relaciona la velocidad de rotación del rotor con la frecuencia eléctrica resultante.

2.

¿Por qué cae abruptamente el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en retraso?

Debido a que,

E A =V ∅ + j X s I A ; jXSIA debe extenderse entre VØ a un ángulo de 0 grados y E A que tiene la restricción de mantener la misma magnitud que antes del incremento en la carga. Si se dibujan estas restricciones en el diagrama fasorial (figura 1), hay un solo punto en el que el voltaje de reacción del inducido es paralelo a su posición original mientras se incrementa su tamaño. Por tanto, se dice que: Si se añaden cargas en retraso (+Q o cargas de potencia reactiva inductivas) a un generador, VØ y el voltaje en los terminales VT decrecen significativamente.

Figura 1. En factor de incremento de carga sobre un generador a un factor de potencia constante en el voltaje en sus terminales. a) factor de potencia en retraso; b) factor de potencia unitario; c) factor de potencia en adelanto.

3.

¿Por qué aumenta el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en adelanto?

Si se añaden nuevas cargas con el mismo factor de potencia, el valor de voltaje de reacción del inducido es mayor a su valor previo y V Ø aumenta> en este caso, un incremento en la carga en el generador produjo un incremento en el voltaje en los terminales. Podemos observarlo en la figura 1, al igual que el literal anterior. Por tanto, se dice que: Si se añaden cargas en adelanto (-Q o cargas de potencia reactiva capacitivas) a un generador, VØ y el voltaje terminal aumentaran.

4.

¿Por qué se debe reducir la potencia de un generador de 60Hz si va a operar a 50Hz? ¿Cuánta reducción se debe llevar a cabo?

La potencia eléctrica se genera a 50 o 60Hz, por lo que el generador debe girar a una velocidad fija dependiendo del número de polos en la maquina. Por

ejemplo para generar una potencia de 60Hz en una maquina de cuatro polos, el rotor debe girar a 1800r/min. Para generar una potencia de 50Hz en una maquina de cuatro polos, el rotor debe girar a 1500r/min. La tasa de rotación requerida para cierta frecuencia siempre se puede calcular a partir de la ecuación:

fe=

NmP 120

Figura 2. a) Gráfica del flujo contra la corriente de campo en un generador síncrono; b) Curva de magnetización de un generador síncrono.

5.

¿Esperaría que un generador de 400Hz sea menor o mayor a un generador de 60Hz con la misma potencia y voltaje nominales? ¿Por qué?

Puede decirse que si moderadamente, siempre y cuando se cumplan ciertas condiciones. Básicamente el problema es que hay un flujo máximo al que se puede llegar en cualquier maquina, y debido a que EA=KØW, el EA máximo permitido cambia cuando cambia la velocidad. Específicamente si un generador de 400Hz va a operar a 60Hz, entonces el voltaje de operación debe degradar a 60/400, o a 83.3% de su valor original. Y si un generador de 60Hz va a operar en uno de 400Hz ocurre lo contrario.

Ejercicios 1. En un sitio en Europa se requiere suministrar 1 000 kW a 60 Hz de potencia. Las únicas fuentes de potencia disponibles operan a 50 Hz. Se decide generar la potencia por medio de un motor-generador que consta de un motor síncrono que acciona un generador síncrono. ¿Cuantos polos deberían tener cada una de las máquinas para convertir la potencia de 50 Hz en potencia de 60 Hz?

SOLUCIÓN:

fe=

NmP 120

Nm=

120 ( 50 ) 120 ( 60 ) = P1 P2

P2 120 ( 60 ) 6 = = P1 120 ( 50 ) 5 Debido a que los polos deben ser pares se multiplicara por 2/2 y se tiene que el número de polos del motor síncrono debe ser de 10, mientras que el de la generadora síncrona de 12. 2. Un generador sincrónico de 6 polos conectado en estrella de 480V, 60 Hz, XS =1Ω/fase, IA =60 Amp, Fp =0.80 en retraso. Las pérdidas por fricción y ventilación son de 1.5 kW, las pérdidas en el núcleo son de 1 kW a 60 Hz. La corriente de campo IF se ajusta para obtener un voltaje de campo EF iguala 480 V en vacío. Determinar: a. La velocidad sincrónica b. Cuál es el voltaje en bornes del generador, si: I. II. III.

Si se carga con la corriente nominal a factor de potencia 0.80 en atraso. Si se carga con la corriente nominal a factor de potencia 1.0 Si se carga con la corriente nominal a factor de potencia 0.80 en adelanto.

c. El rendimiento sin considerar las pérdidas de potencia eléctricas que no se conocen cuando funciona a corriente nominal y con factor de potencia igual a 0.80 en atraso. d. EL torque inducido y el torque aplicado. e. La regulación de tensión para los factores de potencia: 0.80 en atraso, 1.0 y 0.80 en adelanto. SOLUCIÓN: a.

P=6 polos ; f =60(Hz)

fe=

NmP 120

Nm=

120 fe 120(60) = =1200 rpm P 6

b.

Del circuito equivalente y del diagrama fasorial se determina, como:

De la ec. Anterior se desconoce Va y el ángulo par (δ). Para determinar el ángulo par, se plantean dos formas: La primera es emplear en triángulo, pitagórico según se muestra en la figura anterior, esto es:

La segunda forma es separar la ecuación de voltaje Va en parte real y parte imaginaria, como:

c.

I.

Si se carga con la corriente nominal a factor de potencia 0.80 en atraso.

II.

Si se carga con la corriente nominal a factor de potencia 1.0

III.

Si se carga con la corriente nominal a factor de potencia 0.80 en adelanto.

d. Torque inducido

τ ind

para corriente nominal a FP=0.80 atraso.

Torque aplicado

τ ap

para corriente nominal a FP=0.80 en atraso.

e. FP=0.8 en atraso

FP unitario

FP=0.8 en adelanto

Bibliografía  

Máquinas Eléctricas, Quinta Edición, Stephen J. Chapman, 2012 http://www.monografias.com/trabajos82/generadores-sincronosmaquinas-electricas/generadores-sincronos-maquinaselectricas.shtml#ixzz4AQblDtEH