9- LA MAQUINA SINCRONICA

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1 9- LA MAQUNA NCONCA 9.- GNALDAD ACO CONUCVO xisten dos tipos de rotores: Cabeza polar olos alientes urborotor Mas del 90% de la energía consumida en todo el mundo es generada en generadores sincrónicos trifásicos. sta es la aplicación más importante de la máquina sincrónica.- Los turborotores se usan en máquinas rápidas (más de.500 r.p.m.) n Más fácil de dominar las fuerzas centrífugas.- f 60. l rotor es normalmente de hierro fundido (corriente continua).- l estator es de chapa para dinámos de 0,5 mm..- l rotor es alimentado por corriente continúa a través de las escobilla que están en contacto con los anillos rozantes.- ntrehierro stator A. ozantes otor scobillas + - Devanado rotórico 50

2 9.- CUVA D CAMO Y NON NDUCDA upongamos una máquina de polos salientes con el contorno desarrollado: N N τ paso polar D diámetro interior estator p τ p Dπτ p (*) ara un model con p, la forma de la curva de campo será: B e x B x. v. l () ey N v cte. W m velocidad angular mec. Y v W m. π m et m tiempo para una vuelta en seg. t n N rev. p/seg. e α n f ; v π f m αϖmt n (*) si p ; π τ v fτ or medio de procesos constructivos del devanado (turborotor) y de la zapata polar se x consigue: B Bmax. senα α π, por lo que: e Bmax. sen x v l () π τ τ rabajando con estas ecuaciones se obtiene: π ef N ef t f Bmáx. 5

3 l B {.τ l t med De (): up π π e Bm sen / f l / 0 τ τ Bmáx. B med. v fτ Bmax. Bm π τ p or lo que la tensión inducida máxima en m conductor será: π. B fτ l π f max m t ef π f t para una bobina con N espiras la tensión será N veces mayor. ( α){ π ef f N ef t donde N ef N f N { factor de arrollamiento La forma de onda de la excitación en.. puede descomponerse por Fourier: γ, n (impares) τ p γτ p l ancho de la cabeza polar siempre es γτ con γ ( 0,6 0,8) La forma de la zapata polar puede mejorar el contenido de armónicos de la tensión inducida.- n máquinas con turborotor (de entrehierro constante) la zona no bobinada γ suele ser de /3. iempre p.- γ τ 3 τ p γ ara.. la amplitud de la fundamental de la curva de excitación de campo es: 4 N ϑ π B max U 0. τ ener en cuenta que se trata de formas de ondas tales que solo tiene componentes impares.- 5

4 ara.. será: 4 N ϑ fn π B ; ϑ N He l B µ U µ B v µ B e max. µ τ ϑ 0 ara la determinación de la tensión inducida hay que tener en cuenta el devanado estatórico, con él puede mejorarse (disminuir) el contenido de armónicos de la tensión, a partir del fn. n la ecuación (α) se considera solo la fundamental.- otor ω τ stator fn w f τ 8.3- MACHA N VACO ste estado de funcionamiento se caracteriza por tener los bornes de inducido abierto Zc arg a.- ( ) La tensión en bornes U es igual a la inducida y depende de la excitación y del número de revoluciones del eje. e se mantiene constante esta velocidad (fcte) y se mide la tensión U para distintos grados de excitación, obtendremos una curva como la indicada.- U U n Aún con cociente 0 puede haber una pequeña tensión remanente en el estator (inducido).- 0 Curva de vacío ara valores crecientes y decrecientes de la curva no y vuelve por el mismo lugar, hay una histéresis del hierro. Como curva de vacío se toma un valor medio. l área del bucle debe ser más chica cuanto mayor es la calidad de la chapa (pérdidas p/histéresis).- 53

5 8.4- LA ACCON DL NDUCDO (M., BAJO CAGA) Al cargar en forma simétrica una máquina trifásica las tres corrientes de carga ( ) producen una excitación giratoria (ϑ ) según los principios vistos en máquina asincrónica.- sta excitación está siempre en sincronismo con la rueda polar, la que a su vez posee su propia excitación giratoria ( ϑ ).- stas dos excitaciones ϑ ϑ ϑ r y así también resulta un nuevo campo magnético giratorio resultante y una nueva forma de la curva de campo.- y se componen dando una excitación resultante ( ) Bajo carga, el estado magnético de la máquina se distingue del de vacío, en los siguientes puntos: a) La magnitud del flujo de los polos varía. b) La forma de la curva de campo en general pierde su simetría. c) La posición del eje del campo en general no coincide más con los ejes geométricos de los polos. d) La tensión varía en su magnitud y forma de curva. stos efectos de la corriente sobre el comportamiento de la máquina se conoce como eacción del nducido.- según la ubicación de θ ε θ θ r ϑ ; ϑ r puede ser θ mayor o menor que α ϑ, en la curva (a) es ϑ r ϑ y el ángulo de desfasaje ε puede ser o 0 en (a) Las amplitudes de las fundamentales de las curvas de excitación pueden trazarse como fasores, así como las excitaciones y las corrientes que son proporcionales ( ϑ ) ; ( ϑ ) y se crea una corriente ficticia r ϑ r.- A la excitación ϑ corresponde una corriente ficticia que circulando por el inductor (rotor) provocaría una excitación ϑ.- Los fasores ϑ e tienen la dirección del fasor de corriente de carga.- La excitación ϑ r es provocada por el flujo real r que también puede considerarse compuesto por dos flujos ficticios y. Los triángulos de ϑ y son semejantes.- La tensión inducida es consecuencia de los flujos y está adelantada 90 con él, formando un triángulo de tensiones semejantes.- 54

6 ε es el ángulo de defasamiento interior de la máquina, no es el ángulo ϑ de la carga.- +j ε r r i la máquina no tuviese resistencias internas la tensión r aparecería como tensión en bornes U y el ángulo entre U y sería ϑ.-.c. esumen de magnitudes vistas: nducido: por inducido valor efectivo corriente alterna nductor: + res salvo las otras son ficticias - corriente continua e pueden medirse con amperímetros. on reales. xcitación ϑ + ϑ ϑ r ampervueltas por par de polo. Flujos + res (*) flujo giratorio resultante (real) r puede medirse con un fluxímetro. ensión: r + no puede medirse pero es real (interna).- 4 N egún se vió anteriormente: ϑ f N (xcitación del rotor) π p 4 V N y ϑ, 5 f Z (xcitación del inducido).- π p egún la ecuación (*) existirá una corriente ficticia res que circulando por el rotor producirá ϑ res tal que: 4 resn ϑ res f N ϑ + ϑ π p i es la resistencia óhmica del inducido por fase, será la caída óhmica del inducido.- 55

7 9.5- FLUJO D DON xisten en las Máquinas incrónicas tres clases de flujos de dispersión en el inducido: ) Dispersión de ranuras: A Atraviesan las ranuras transversalmente según la figura. ) Dispersión de disntes: B Líneas de flujo que se cierra por los dientes y el entrehierro. 3) Dispersión frontal: C A Líneas por el aire y parcialmente por el yugo. ara una fase será: A + B + C n el nductor existe también un flujo de dispersión entre polos que no aportan a la tensión inducida ya que no son concatenadas por el inducido.- C ensión de dispersión en el inducido será: s 4,44 N f wl inductancia de dispersión del inducido. 5 j 56

8 9-6- DAGAMA VCOAL Y CCUO QUVALN Con lo dicho el circuito equivalente será: 5 U res U i j (reacción del inducido) se considera constante ya que en gran parte se cierra por el aire.- res j U (+) 5 j 5 5 j 5 j res (+) U j 5 j 5 res U ϕ - ϕ - + j - (-) Carga inductiva Carga capacitiva Carga resistiva La corriente debe tener una posición tal que represente: ) otencia generada: distinto signo que en transformadores. Al adoptar el sistema consumidor definimos positiva la potencia consumida la generada debe ser negativa, por lo que U deben formar un ángulo mayor de 90 cosϑ 0. ) l ángulo entre U y - debe ser el de la carga. De los diagramas se vé que la carga inductiva debilita el flujo del inductor y la capacitiva lo refuerza. La caída en general puede despreciarse.- 57

9 JMLO: Un generador sincrónico trifásico conectado en estrella de 0 MVA; U L 300V ; 0, 6Ω y, 5Ω trabaja al 80% de carga y con cos ϑ i 0, 8. Calcular: a) La caída interna despreciando la resistencia óhmica del inducido. b) ensión de excitación. c) Diagrama fasorial. N ; 0, Α ,6 0 V 438,5 657 V U V U ϕ α ϕ α CADA NNA ( + ) V 867 U ( ϕ) + ( U sen ) i cos + i ϕ ϕ 36,8 ( 876 0,8) + ( 76, , ) 6 876,7 V 58

10 9.7- LA MAQUNA NCONCA ACOLADA CON LA D n la máquina de los casos los generadores trabajan conectados en paralelo con otros. Generalmente muchos generadores trabajan en paralelo con la red por lo que la red resulta para un generador cualquiera un sistema rígido (otencia infinita) desde el punto de vista electrodinámico (tensión, frecuencia, secuencia, etc.).- ara que una máquina cualquiera pueda entrar en paralelo con la red deben cumplirse las siguientes condiciones: ) guales valores efectivos de tensión. ) guales valores de frecuencia. 3) Coincidencia de fasores de tensión. 4) gualdad de secuencia. 5) Curvas de vacío lo más parecida posibles. incronizar una máquina con la red se llama al proceso de reproducir en las máquinas las condiciones de la red ( a 5) y entrar (cerrar la llave) en paralelo.- Cuando mejor se cumplan las condiciones, mejor será la puesta en paralelo y menor serán las corrientes tramitorias (red-máquina).- l circuito a usar para entrar en paralelo debe ser como el siguiente: dentificar cómo se cumplen las condiciones con el instrumental detallado.- v KW D f :. :. :. M.M. G A U KVA A V

11 9-8 MODO OAVO i la sincronización es perfecta la máquina no existe para la red, ni la red para la máquina ( 0).- i no tocamos V, después de haber ingresado a la red y variamos variamos la excitación, lo que significaría un aumento de U g pero como está en paralelo con la red y ésta es rígida (no puede elevar la tensión de todo el sistema), el exceso de reactivo se entrega a la red y la máquina está sobreexcitada, se comporta como un condensador para la red y a la inversa como una bobina (infraexcitada).- se estado se denomina Compensador incrónico : solo hay intercambio de energía reactiva con la red.- l intercambio de activo es cero no es motor ni generador.- i i U U - - > 0 < 0 Comp. obreexc. Comp.nfraexc. i mantenemos 0 y variamos V en el sentido más velocidad, al no poder variar la frecuencia de la red (rígida) el exceso de energía mecánica se transfiere a la red como potencia activa: es un generador. i variamos V en el otro sentido se consume potencia activa y se trata de un motor.- i γ U i no tocamos no crece y aparece una de la red U Y γ i Y n general el motor puede estar infra o sobreexcitado, lo que es válido también para el generador, en resumen el diagrama vectorial esquemático será: M. U + 3 Motor nf. 4 8 G G. nf. 60