MANIOBRAS PARA EL ACOPLAMIENTO DE ALTERNADORES

23/07/2021 Ing. ARV 1

 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

CENTRALES ELÉCTRICAS II
SEMANA N°11

❑ Maniobras para el acoplamiento de alternadores.

❑ Aplicaciones.

Docente : Ing. Adolfo J. Rios Velasco

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Es importante reiterar la operación en paralelo de los alternadores; en la mayoría de los
sistemas eléctricos de potencia, los generadores no operan de forma aislada
alimentando a una carga, más bien, operan interconectados a través de una red
eléctrica, para alimentar cargas localizadas geográfica y eléctricamente en puntos
diversos del sistema. En las centrales eléctricas es condición normal, que se tenga más
de una unidad generadora operando en paralelo, y para lograr esto, es necesario que se
satisfagan las condiciones en el momento de la conexión.

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Excitación y Eficiencia de los Generadores Síncronos
La excitación de un generador síncrono consiste en hacer circular una corriente
continua por el circuito de campo; generalmente la potencia utilizada para la
excitación del generador representa entre el 0.5% al 1% de la potencia útil del
mismo, la eficiencia de los generadores síncronos debido a que la mayoría de
fabricantes no brindan en sus folletos o manuales de generadores información
sobre la eficiencia de éstos, trabajaremos este tema de forma teórica. La
eficiencia del generador se define como la razón de la potencia de salida entre la
potencia de entrada.
Existen cinco principales causas de pérdidas asociadas con un generador
eléctrico:
1. Fricción y resistencia aerodinámica.
2. Pérdidas en el núcleo.
3. Pérdidas en el cobre del devanado de campo.
4. Pérdidas en el cobre de la armadura.
5. Pérdidas misceláneas (aproximadamente 1% de la potencia de entrada).
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Excitación y Eficiencia de los Generadores Síncronos
Los dos primeros tipos de pérdidas son constantes y no dependen de la
carga. Las pérdidas por fricción y resistencia aerodinámica se ven afectadas
por aspectos como el tamaño y la forma del rotor, también se pueden
disminuir mediante un buen diseño del abanico de ventilación interna. Las
pérdidas en el núcleo están relacionadas con la energía necesaria para
magnetizar el núcleo del rotor y el estator. Las pérdidas en el cobre del
devanado de campo se refieren a la pérdida a través de la resistencia en el
mismo. De manera similar, las pérdidas en la armadura se calculan a partir
de la resistencia de campo de los devanados del estator. Las pérdidas
misceláneas cubren todas aquellas pérdidas no contempladas
anteriormente, como lo pueden ser las causadas por campos armónicos.
Los valores típicos de la eficiencia para los generadores sincronos varían
entre el 70% y el 90 %.
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Excitación y Eficiencia de los Generadores Síncronos
Generalmente las máquinas sincrónicas tienen altos niveles de eficiencia
nominal, pero para tamaños tan pequeños entre 5 y 100kW, utilizados
como generadores, la eficiencia ronda entre el 70 y 80% según sea su
velocidad. Para potencias mayores de hasta 1MW puede ser un poco
mayor, entre un 80 u 85 %, e incluso podría llegar hasta 90% pero todo
dependerá de la velocidad. Se debe recordar que la velocidad de giro de
una máquina sincrónica está ligada al número de polos de la misma y que a
menor velocidad se requieren más polos para una frecuencia dada y esto
hace necesario más cobre y por ende baja un poco la eficiencia. También
cabe mencionar que la eficiencia va ligada directamente con el costo de los
generadores, entre mayor sea la eficiencia mayor será el costo del
generador. Esto se debe tomar en cuenta a la hora de iniciar un proyecto.

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Técnicas de Sincronización
Existen algunas técnicas de sincronización para el funcionamiento de
generadores en paralelo, este obliga a cumplir con ciertas exigencias, para
ello se tienen varios métodos o procedimientos, se citarán los más
importantes a continuación:
Estrategias para variar la frecuencia. : Lograr una frecuencia deseada
significa suministrar al generador una velocidad adecuada, esto se consigue
gracias al control de la velocidad en el motor.
En generadores a gas, diesel u otro tipo de combustible, el gobernador es el
sistema mecánico que regula el acceso de combustible hacia el motor para
lograr controlar sus revoluciones de una manera automática.

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Sistemas de control de voltaje.: Mediante el uso de voltímetros y
transformadores de potencia que monitorean las líneas de generación de la
figura 1, se envía señales de control para ajustar la corriente de campo del
generador por medio del regulador automático de voltaje (AVR) y de esta
manera regular el voltaje que se genera, dando robustez al sistema.

Figura 1. Tipo de censado de voltaje 8

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Método de sincronización por medio de lámparas: El método de sincronización
por medio de lámparas no es un método moderno, pero si eficaz, es por esto que
se siguen utilizando.

Figura 2. Sincronización de generador trifásico con la barra infinita, por medio de lámparas 9
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Método de sincronización por medio de lámparas:

Figura 3. Método de sincronización por medio de lámparas

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Método de las lámparas apagadas.: Para este método de sincronización se dan los siguientes casos la
conexión de las lámparas se muestran en las siguientes figuras:

Figura 4. Método de las lámparas apagadas

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Frecuencias desiguales, pero voltajes y secuencias semejantes el fenómeno observado en las lámparas es similar que
en el caso anterior se mantiene un resplandor tenue dependiente de la frecuencia a la cual rota el motor primario
ajustando la velocidad de la máquina motriz a través del gobernador se consigue regular la frecuencia, de igual forma
se maneja la corriente de campo del generador pues su voltaje también depende de la velocidad del motor.

Figura 5. Discrepancia de frecuencia entre un generador y la barra de carga

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Secuencia de fase es incorrecta, frecuencia y voltaje correctos; Aquí se distingue en L2 y L3 una irradiación lumínica muy intensa, en tanto
que L1 está apagada. La rectificación se logra intercambiando dos de las fases y así 1, 2, 3 serán cero, como en los literales “a” y “b”,
alcanzando la condición deseada para maniobrar S1 de la figura 4, se evidencia que en la figura 6, cuenta con voltajes disparejos, frecuencia
desigual y la secuencia de fase incorrecta ante estas señales no podemos realizar el cierre del interruptor de sincronización ya que causaría
graves daños en las fuentes ha sincronizar y la carga que estas alimentan; La acción correctiva cumple los siguientes pasos: rectificar la
secuencia de fases, variar la velocidad del motor primario, ajustar la corriente de campo del generador. Alcanzados todos los cambios se
puede cerrar el interruptor de la figura 4

Figura 6. Diferencia de voltajes, frecuencia y secuencia de fases entre un generador y la barra de carga
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ANÁLISIS DE LAS ONDAS SENOIDALES
GENERADORES EN PARALELO
Sincronismo de frecuencias V2
V1 VOFF = 0 V
VOFF = 0 VAMPL = 50
Datos: VAMPL = 50
V
FREQ = 59
FREQ = 60
Generador 1 = ONDA SENOIDAL 60HZ – AMPLITUD 50V
Generador 2 = ONDA SENOIDAL 59HZ – AMPLITUD 50V
0
60HZ color verde 59HZ color rojo
50V 50V

0V 0V

-50V -50V
0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms 55ms 60ms 0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms 55ms 60ms
V(V1:+) V(V2:+) V(V1:+) V(V2:+)
Time Time

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Resultante de 1HZ (Volt 1 - Volt 2) color azul

Color verde 𝑓 = 59𝐻𝑧.

Color rosado 𝑓 = 60𝐻𝑧.
Color azul 𝑓𝑅 = 60𝐻𝑧 − 59𝐻𝑧 = 1𝐻𝑧

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Figura 07. Efecto resultante de la variación de la frecuencia.

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Ejemplo : Graficar el siguiente sistema de generación en paralelo en Simulink-Matlab y generar condiciones de sincronismo
o no sincronismo

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