8.1. La máquina síncrona: generalidades I

Transcripción

1 Universidad de Oviedo Tema VIII: La máquina síncrona Dpto. Dpto. de de Ingeniería Ingeniería léctrica, léctrica, lectrónica lectrónica de de Computadores Computadores yy Sistemas Sistemas

2 8.1. La máquina síncrona: generalidades I La máquina síncrona utiliza un estator constituido por un devanado trifásico distribuido a 120º idéntico a la máquina asíncrona l rotor puede ser liso o de polos salientes l rotor está formado por un devanado alimentado desde el exterior a través de escobillas y anillos rozantes mediante corriente continua Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos Como motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada >1 MW

3 8.1. La máquina síncrona: generalidades II Líneas de campo N Rotor liso Sentido de las corrientes por el rotor S Rotor de polos salientes N N S S levadas velocidades de giro: turboalternadores Velocidades de giro bajas

4 Motores síncronos Catálogos comerciales

5 Generadores síncronos I L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas

6 Generadores síncronos II L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Mulukutla S. Sarma: lectric machines

7 Corte transversal de una central hidráulica Rotor Mulukutla S. Sarma: lectric machines

8 8.2. Principio de funcionamien- to: : motor L ROTOR GIRA A LA MISMA VLOCIDAD QU L CAMPO: VLOCIDAD D SINCRONISMO N S f = 60 P Controlando la excitación (tensión de alimentación del rotor) se consigue que la máquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUD ABSORBR O CDR Q STATOR= Devanado trifásico distribuido alimentado con un sistema trifásico de tensiones CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO ROTOR= Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo magnético fijo INTRACCIÓN ROTOR - STATOR PAR MOTOR Y GIRO D LA MÁQUINA

9 8.3. Principio de funcionamien- to: : generador N f = P 60 P=PARS D POLOS N=VLOCIDAD D GIRO Para conectar el generador a una red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha red Controlando la excitación (tensión de alimentación del rotor) se consigue que la máquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUD ABSORBR O CDR Q STATOR= Devanado trifásico distribuido conectado a la carga o red que se desea alimentar ROTOR= Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo magnético fijo. Se hace girar por un medio externo l campo creado por el rotor, al girar, induce FM en el estator y, por tanto, hace circular corriente por la carga TRANSFORMACIÓN D NRGÍA MCÁNICA N NRGÍA LÉCTRICA

10 8.4. Circuito equivalente (por fase) de la máquina síncrona I G Reactancia síncrona jx s Resistencia estator R s A Reactancia síncrona= = reactancia dispersión estator+efecto de reacción de inducido I M jx s R s A + V + V Funcionamiento Funcionamiento como generador como motor B B La FM es proporcional a la corriente de excitación del rotor. n fun- cionamiento como generador representa a la tensión que se induce en el estator y en funcionamiento como motor a la fuerza contraelectro- motriz que es necesario vencer para que circule la corriente que alimenta al motor

11 8.5. l generador síncrono en vacío I G Reactancia síncrona jx s Resistencia estator R s A 20 kv Tensión en vacío V + Funcionamiento como generador B V Cuando el generador trabaja en vacío no hay caída de tensión: la tensión de salida coincide con la FM = K ϕ N FLUJO VLOCIDAD D GIRO PROPORCIONAL A I XC 18kV 390MVA 3000RPM I exc

12 8.6. l generador síncrono en carga: reacción de inducido I Cuando el alternador trabaja en vacío el único flujo existente es el producido por la corriente continua de excitación del rotor Cuando suministra corriente a una carga, dicha corriente produce un campo magnético giratorio al circular por los devanados del estator. ste campo produce un par opuesto al de giro de la máquina, que es necesario contrarrestar mediante la aportación exterior de potencia mecánica. l l flujo total de la máquina se verá disminuido o aumentado dependiendo que la carga sea inductiva o capacitiva A este efecto creado por el campo del estator se le conoce con el nombre de reacción de inducido

13 8.6. l generador síncrono en I G + jx s R s Funcionamiento como generador A B carga II V Carga PARA UNA MISMA TNSIÓN D SALIDA L GNRADOR PUD CDR O ABSORBR POTNCIA RACTIVA DPNDINDO D QU LA CARGA SA INDUCTIVA O CAPACITIVA Para conseguirlo basta modificar el valor de la (modificando el campo de excitación) Carga resistiva I U Carga Inductiva U I I Carga capacitiva U jx s RI jx s RI jx s RI

14 l generador síncrono en carga: funcionamiento aislado FUNCIONAMINTO AISLADO L GNRADOR ALIMNTA A UNA CARGA D FORMA INDPNDINT Aumento en la excitación Aumento en la tensión de salida Aumento en potencia mecánica Aumento en la velocidad de giro La tensión de alimentación puede variar l factor de potencia de la carga es fijo Aumento en la frecuencia

15 l generador síncrono en carga: conexión a red de P. infinita CONXIÓN A RD D POTNCIA INFINITA L GNRADOR STÁ CONCTADO A OTRA RD N LA QU ACTÚAN OTROS GNRADORS: SU POTNCIA S MUY PQUÑA RSPCTO D LA TOTAL D LA RD Aumento en la excitación Aumento en potencia mecánica La tensión de alimentación STÁ FIJADA POR LA RD Aumento en la POTNCIA RACTIVA NTRGADA Aumento de la POTNCIA ACTIVA NTRGADA La frecuencia STÁ FIJADA POR LA RD

16 LA TNSIÓN U STÁ FIJADA POR LA RD 3 i jxi SUBXCITACIÓN U ϕ 3 NORMAL RI 1 α jxi 2 SOBRXCITACIÓN GNRADOR SOBRXCITADO jxi 2 i ϕ U RI GNRADOR SUBXCITADO RDUCCIÓN N D LA POTNCIA RACTIVA SUMINISTRADA U i ϕ α AUMNTO CORRINT AUMNTO DL ÁNGULO ϕ AUMNTO D LA POTNCIA RACTIVA SUMINISTRADA RI

17 8.7. Variación de la velocidad en los motores síncronos l motor síncrono gira a la velocidad de sincronismo 60*f/p CICLOCONVRTIDORS APLICACIONS D LVA- DA POTNCIA (>1 MW): GRANDS MÁQUINAS (Soplantes, compresores, etc.) Y PROPULSIÓN LÉCTRICA BUQUS INVRSORS Motores gran potencia Motores baja potencia PARA VARIAR LA VLOCIDAD S NCSARIO VARIAR LA FRCUNCIA D ALIMNTACIÓN UTILIZACIÓN D QUIPOS LCTRÓNICOS

18 Cicloconvertidores 6,6 kv/1 kv T1 T3 T5 T4 T6 T2 T4 T6 T2 T1 T3 T V 0 17 Hz 6,6 kv 50 Hz V R ,6 kv/1 kv T1 T3 T5 T4 T6 T2 MOTOR ASÍNCRONO V T T4 T6 T2 T1 T3 T5 6,6 kv/1 kv T1 T3 T5 T4 T6 T2 T4 T6 T2 T1 T3 T5 Devanado de excitación V A Cicloconvertidor fabricado por ABB para el control de motores síncronos de hasta 14 MW

19 8.8. Funcionamiento del cicloconvertidor SISTMA D TNSIONS TRIFÁSICO QU ALIMNTA AL CICLOCONVRTIDOR (Frecuencia de red y amplitud constante) TNSIÓN RSULTANT D LA CONMUTACIÓN DL CICLOCONVRTIDOR (Frecuencia y amplitud variables)

20 M/S FANTASY PROPULSIÓN LÉCTRICA Catálogos comerciales Motores Planta Motores transversales generadora transversales Tipo de propulsión: Diesel-eléctrica 4 Motores principales 2 Motores auxiliares Hélices de paso variable Motores: Planta generadora: 4 Generadores síncronos de 10,3 MVA 2 Generadores síncronos de 6,8 MVA Tensión=6,6 kv Síncronos de doble devanado controlados con cicloconvertidores 2 Motores principales de 14 MW refrigerados por agua 6 Motores transversales de 1,5 MW