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• Caleb Arroyo

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LABORATORIO N° 8 FUNCIONAMIENTO EN PARALELO DE LA MÁQUINA SINCRÓNICA 1. OBJETIVOS.Los objetivos del presente laboratorio son:    

Conocer las ventajas de la operación en paralelo de generadores síncronos. Conocer los requerimientos para la operación en paralelo de las máquinas síncronas. Conocer el procedimiento para conectar generadores en paralelo. Realizar el ensayo de puesta en paralelo máquinas sincrónicas.

2. MARCO TEÓRICO.2.1. GENERALIDADES.El comportamiento de una máquina sincrónica (bajo carga) varía fuertemente dependiendo del factor de potencia de la carga y de si el generador funciona solo o en paralelo con otros alternadores. Un Sistema Eléctrico de Potencia, es el conjunto de centrales generadoras, de líneas de transmisión interconectadas entre sí y de sistemas de distribución para el consumo de energía eléctrica. En un alternador y en general en un sistema eléctrico, la potencia demandada varía continuamente y es necesario disponer de los mecanismos de regulación necesarios para adaptar en todo momento la generación al consumo. Actualmente, es muy rara la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga; esta situación sólo se presenta en algunas aplicaciones tales como los grupos electrógenos. Es norma general que los alternadores se sitúen en centrales eléctricas al lado de donde se encuentran las fuentes de energía primaria. Con el objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están conectadas entre sí en paralelo. 2.2. VENTAJAS DE LA OPERACIÓN EN PARALELO DE GENERADORES SÍNCRONOS.La operación en paralelo de generadores síncronos, tiene las siguientes ventajas.    

Para una central eléctrica, si se tienen varios generadores, las mismas pueden alimentar una carga más grande que una sola máquina. En una central eléctrica, tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida total de potencia en la carga. Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos o correctivos. Si solamente se utilizara un solo generador y éste no funcionara cerca de su potencia nominal, resultaría relativamente poco eficiente. Sin embargo, con varias máquinas pequeñas se posibilita la operación de solo algunas de ellas, de manera que funcionen cerca de su plena carga y actúen, por lo tanto, más eficientemente.

2.3. REQUERIMIENTOS PARA LA OPERACIÓN EN PARALELO DE GENERADORES SÍNCRONOS O ALTERNADORES.Para una mejor comprensión, en principio disponeos de dos generadores y una carga como se observa en la siguiente figura:

G1 3Ø

Carga S1

G2 3Ø

En función al grafico, si el interruptor se cierra de manera arbitraria en cualquier momento, es posible que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectarán juntos, existirá un flujo de corriente muy grande cuando se cierra el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectará. En otras palabras, el voltaje en la fase R, debe ser exactamente igual al voltaje de la fase R´ y así en forma sucesiva para las fases S-S´ y T-T´. Para lograr lo anterior, se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo de generadores síncronos:    

Deben ser iguales los voltajes de línea de los generadores que entrarán en paralelo. Los generadores deben tener la misma secuencia de fase. Igualdad de las formas de onda de los voltajes generados (sinusoidal). Idéntica velocidad eléctrica; la frecuencia de operación de los alternadores debe ser la misma.

2.4. PROCEDIMIENTO PARA CONECTAR GENERADORES EN PARALELO.2.4.1. SECUENCIAS DE FASE.Si se tiene un generador G1 operando en el sistema y teniendo un generador G2 que se va a conectar al sistema en operación, para conectarse en paralelo, primero utilizando voltímetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximación hasta que su voltaje en los terminales sea igual al voltaje en la línea del sistema en operación. Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. La secuencia de fase se puede revisar de muchas maneras diferentes. Una de ellas es conectar alternativamente un pequeño motor de inducción 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 fases son diferentes y se debe invertir dos de los conductores del generador en aproximación.

VT

VS

VR

VS

VR

VT Secuencia de fase RST Secuencia de fase RTS Las dos secuencias de fase posibles en un sistema trifásico

2.4.2. MÉTODO DE LAS TRES LÁMPARAS.En este método, se conectan tres lámparas a través de los terminales abiertos del interruptor que conecta el generador al sistema, como se muestra en la siguiente figura:

G1 3Ø

Carga

G2 3Ø

Conforme la fase cambia entre los dos sistemas, las lámparas lucirán primero brillantes (una gran diferencia de fase) y luego tendrán una luz tenue (una diferencia de fase pequeña). Si las tres lámparas lucen brillantes y se apagan al mismo tiempo, entonces los sistemas tienen la misma secuencia de fase. Si las lámparas lucen brillantes sucesivamente, entonces los sistemas tienen secuencias de fase opuestas y se debe invertir una de las secuencias. A continuación, la frecuencia del generador en aproximación se ajusta para que sea un poco más alta que la frecuencia del sistema en operación. Esto se lleva a cabo primero observando un medidor de frecuencia hasta que las frecuencias sean similares y entonces se observan los cambios de fase entre los sistemas. Se ajusta el generador en aproximación a una frecuencia un poco más alta para que cuando se conecte se incorpore a la línea suministrando potencia como generador en lugar de consumirla como lo hace un motor. Una vez que las frecuencias son casi iguales, los voltajes en los dos sistemas cambian de fase lentamente con respecto al otro. Se observan los cambios de fase y cuando los ángulos de fase son iguales, se apaga el interruptor que conecta a los dos sistemas. Cuando se apagan las tres lámparas la diferencia

de voltajes a través de ellas es cero y los sistemas están en fase (Este método funciona, pero no es muy exacto). 2.4.3. UTILIZACIÓN DE UN SINCRONOSCOPIO Un sincronoscopio es un medidor que mide la diferencia en los ángulos de fase entre las fases R de sistemas que entran en paralelo. En el siguiente gráfico, se muestra el sincronoscopio.

El cuadrante muestra la diferencia de fase entre las dos fases R; el 0 (que sisgnifica en fase) se ubica en la parte superior y el 180° en la parte inferior. Ya que las frecuencias de los dos sistemas son un poco diferentes, el ángulo de fase en el medidor cambiará lentamente. Si el generador o sistemas en aproximación es más rápido que el sistema en operación (situación deseada), entonces el ángulo de fase avanza y la guja del sincronoscopio gira en el sentido de las manecillas del reloj. Si la máquina en aproximación es más lenta, la aguja gira en sentido contrario a las manecillas del reloj. Cuando la aguja del sincronoscopio está en una posición vertical, los voltajes están en fase y se puede cerrar el interruptor para conectar el sistema. Cabe hacer notar que en los generadores que pertenecen a sistemas de potencia todo el proceso de conectar un generador nuevo en paralelo está automatizado y la computadora lleva a cabo esta tarea. 3. EQUIPO E INSTRUMENTAL PARA LABORATORIO.Para el presente laboratorio, se utilizara el siguiente equipo, instrumental y material:  

Una Máquina motriz Una dínamo con autoexcitación compuesto acumulativa, que tiene las siguientes características: o Tensión nominal: Vn = 230 (V) o Corriente nominal: In = 19,6 (A) o Velocidad nominal: ωn = 1430 (rpm) o Potencia nominal: Pn = 4,5 (Kw)

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Dos motores de corriente continua, con las siguientes características: o Tensión nominal: Vn = 220 (V) o Corriente nominal: In = 31,5 (A) o Velocidad nominal: ωn = 1500 (rpm) o Potencia nominal: Pn = 5,7 (Kw) Dos generadores síncronos (alternadores), que tienen las siguientes características: o Tensión nominal: Vn = 220/380 (V) o Corriente nominal: In = 9,6 (A) o Velocidad nominal: ωn = 1500 (rpm) o Frecuencia nominal: f = 50 (Hz) o Potencia nominal: Sn = 6,3 (KVA) Instrumentos de medición: voltímetros, amperímetros. Lámparas incandescentes Un tacómetro. Un secuenciómetro. Un fasímetro. Interruptores termomagnéticos. Frecuenciómetros. Dos maletines de medición (con amperímetros, voltímetros, vatímetros). Cables para conexión.

4. CIRCUITO PARA EL LABORATORIO.-

5. Descripción del laboratorio.     

Realizar el circuito de laboratorio, como se indica en el punto 4. Hacer funcionar el alternador (máquina sincrónica) mediante su máquina motriz, hasta alcanzar su velocidad síncrona, utilizando un tacómetro (con el circuito de campo abierto). Posteriormente excitar el campo del alternador, hasta obtener tensión en terminales igual a la tensión de barras (borne o bus) verificar con un voltímetro. Corregir la velocidad de giro comprobando con el tacómetro, para verificar identidad de frecuencias (se utiliza un frecuenciómetro). Se debe verificar las fases utilizando un indicar de secuencia de fases. Asimismo, se comprueba mediante un sincronoscopio, si la velocidad de rotación de la secuencia de fases del alternador que entrará en operación respecto de la barra gira

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de prisa o lentamente (o el método de las lámparas). Si la frecuencia de la máquina entrante es baja el puntero, aspa o índice girará en sentido contrario a las manecillas del reloj y viceversa; en forma lenta. Con el cuidado respectivo se cerrará el interruptor de conexión en paralelo, cuando el índice del sincronoscopio pasa por un indicador fijo de forma lenta ( en el sentido de las manecillas del reloj). El alternador que ingresó queda entonces flotando en línea o barras. Todo el proceso debe realizarse en forma atenta en cuanto a las lecturas y con el cuidado respectivo.

6. LECTURAS OBTENIDAS EN EL LABORATORIOS.Anotar las lecturas principales para la puesta en paralelo. 7. GRÁFICOS

DESCRIPCION: En un alternador una vez que tiene las rpm deseadas lo que conlleva a la frecuencia de red y la tensión ajustada a la de servicio, al aplicársele carga existirá una caída de tensión que deberá ser compensada con una mayor excitación y mantener la tensión de operación de forma automática o de forma manual, de la misma forma al asumir carga (Kw) la maquina motriz necesitara compensar la caída de velocidad del mismo modo de la tensión De la misma forma un alternador que pierde carga tendrá que hacer ajustes de velocidad y de voltaje, de no haces esto podríamos provocar grandes daños a la maquina, como un embalamiento y todos los problemas que acarrea dicha situación.

La carga en un alternador implica ajuste de voltaje y ajuste de velocidad. En caso de alternadores en paralelo, una vez trabajando sincronizadamente el ajuste de tensión será controlada por un compensador en cuadratura, que irá a mantener el FP (factor de potencia) lo cual implica un cuidado especial del mismo modo las cargas entre los alternadores será controlada por el torque de la maquina al ser ajustado el control de velocidad 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS. - ¿Qué objeto tiene realizar este laboratorio? Este laboratorio es importante en el sentido que nos muestra las ventajas que tiene al poder conectar los generadores en paralelo, la importancia que tiene la puesta en paralelo de los alternadores, sus ventajas, y desventajas de los mismos, cuidados que se debe tener, conocer los procedimientos para poder conectar estos y las protecciones se deben tomar, su principio de funcionamiento, diseño y esquemas. -

¿Qué pasa en la puesta en paralelo si uno de los generadores tiene tensión diferente?

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Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectan juntos, habrá 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 ángulo 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 así en forma sucesiva para las fases b-b‘ y c-c‘. Para lograr esto se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo:• Deben de ser iguales los voltajes de línea rms.• Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase.• Los ángulos de fase de las dos fases deben de ser iguales. ¿Qué pasa si solo se disponga de un solo generador alimentando a la carga? Tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la perdida tola de potencia en la carga. Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos. Se utiliza un solo generador y este opera cerca de plena carga, entonces será relativamente ineficiente. Con varias maquinas más pequeñas trabajando en paralelo, es posible operara solo una fracción de ellas. Las que están operando lo hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera más eficiente.

9. DOCUMENTOS DE REFERENCIA.- https://www.monografias.com/trabajos82/generadores-sincronos/generadoressincronos2.shtml - https://es.scribd.com/doc/103691873/GENERADOR-SINCRONO - https://www.tecnicscarpi.com/es/sincronizacion-de-grupos-electrogenos-en-paralelo/ - https://www.monografias.com/trabajos87/paralelo-generadores/paralelogeneradores.shtml - https://www.monografias.com/trabajos89/generadores-sincronos-paralelo/generadoressincronos-paralelo.shtml - Guia de laboratorio N°8, Ing Victor Hugo Flores Arancibia, Maquinas eléctricas I.