MÁQUINAS ELÉCTRICAS LABORATORIO No. 5

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1 Nivel: Departamento: Facultad de Estudios Tecnológicos. Eléctrica. Materia: Maquinas Eléctricas I. Docente de Laboratorio: Lugar de Ejecución: Tiempo de Ejecución: G u í a d e L a b o r a t o r i o N o. 5. T I T U L O : G E N E R A D O R E S S Í N C R O N O S E N P A R A L E L O. I. OBJETIVOS Desarrollar un circuito de generadores y obtener las condiciones de operación óptima para que los generadores puedan trabajar en paralelo. Obtener la característica de frecuencia en términos de la carga demandada al sistema. Verificar los cambios abruptos que producen en la carga efectos sobre el voltaje generado, frecuencia y la velocidad del primotor. Desarrollar las maniobras adecuadas para sacar al generador de sobre y baja velocidad, ante una repartición de carga. II. INTRODUCCIÓN La conexión en paralelo de un generador síncrono puede realizarse bajo dos condiciones principales: a) Conexión en paralelo con un bus infinito. b) Conexión en paralelo con otro generador igual o similar. El comportamiento de un grupo motor-generador dado con respecto al flujo de potencia se expresa mediante dos gráficas muy importantes. Estas gráficas son: a) Gráfica FRECUENCIA-POTENCIA ACTIVA. b) Gráfica VOLTAJE-POTENCIA REACTIVA. Conexión de un generador en paralelo con un bus infinito para alimentar a una carga. En el caso en que un generador se conecta en paralelo con un bus infinito, dicho generador queda cautivo en lo que respecta a su frecuencia y voltaje a los del bus infinito. Sin embargo, dependiendo de la acción del primotor y/o de la excitación del campo, el generador puede tomar o inyectar potencia al bus infinito. La configuración de este sistema es como se muestra en la Figura 5.1.

2 Figura 5.1. Conexión de dos generadores en paralelo para alimentar a una carga. Cuando se conectan en paralelo dos generadores se deben cumplir las condiciones básicas para el paralelismo, sin embargo, dependiendo de la distribución de la carga deseada las frecuencias y voltajes de operación en vacío de cada uno de ellos puede ser diferente y en consecuencia, después de realizarse el paralelismo, la frecuencia y el voltaje del sistema son diferentes de las frecuencias y voltajes en vacío de los dos generadores. A pesar de lo anterior, en el instante de la conmutación para el paralelismo, las frecuencias y voltajes de ambos generadores debe ser aproximadamente la misma. Los diagramas casa son una herramienta muy útil para el cálculo de la distribución de potencias y para determinar las frecuencias y voltajes, tanto en la condición de vacío como del sistema paralelo conectado a una carga especificada. La configuración de este sistema es como se muestra en la Figura 5.2.

3 Figura 5.2. III. MATERIALES Y EQUIPO No. Cantidad Descripción 1 2 Máquinas síncronas trifásicas SE2662-5M6 2 2 Maquinas shunt (primotores) SE2662-5A 3 2 Frenos magnéticos SE2662-5R6 4 2 Reguladores de campo SO3213-6H 5 2 Reguladores de armadura SO3213-6B 6 1 Carga resistiva 7 1 Carga inductiva 8 2 Medidores RMS SO5127-1L 9 5 Interruptores de 4 polos SO3212-1W 10 2 Vatímetros SO5127-1R Sincronoscopio SO3212-7B Frecuencímetro doble SO3212-7A 13 1 Voltímetro doble SO2112-7F Tabla 5.1. IV. PROCEDIMIENTO Parte I: Determinación de la caída del primotor y razón de cambio de la frecuencia. Nota: Utilice cables de diferentes colores para diferenciar cada una de las fases de cada generador, lo mismo con el neutro, el cual deberá estar claramente identificado. Paso 1. Implementar el circuito de la Figura 5.3 de los anexos. Observe que cada generador tiene un primotor diferente. Paso 2. Una vez armado el circuito, lleve el Generador No.1 a condiciones nominales, 220 Voltios (Voltaje de línea a neutro) y 60 Hertz (esto podrá observarlo en el voltímetro y frecuencímetro doble). Paso 3. Conecte la carga al primer generador cerrando los interruptores SW1 y SW3 (SW2 debe permanecer abierto). Qué sucedió con el voltaje y la frecuencia en este momento?. Explique. Paso 4. Con mucho cuidado ajuste la velocidad y la corriente de excitación del generador hasta llegar nuevamente a las condiciones ideales (V LN = 220 Voltios y 60 Hertz). Anote la potencia real y reactiva consumida por la carga. P1 = Watts. Q1 = Vars. Paso 5. Luego desconecte la carga accionando SW1, SW3. Anote el valor de la frecuencia observada en el frecuencímetro.

4 F1 SIN CARGA = Hertz. Paso 6. Disminuya el voltaje en las terminales por medio de la excitatriz del generador y diminuya la frecuencia, esto para volver a las condiciones iniciales de generación. Paso 7. Repita el procedimiento (solamente con el Generador No. 2) realizando los pasos anteriores, observando que en esta oportunidad los interruptores SW2 y SW3 serán los accionados (SW1 deberá permanecer abierto). Paso 8. Anotar a continuación los datos para el Generador No. 2. P2 = Watts. Q2 = Vars. Paso 9. Luego desconecte la carga accionando SW2, SW3. Anote el valor de la frecuencia observada en el frecuencímetro. F2 SIN CARGA = Hertz. Paso 10. Disminuya el voltaje en las terminales por medio de la excitatriz del generador y diminuya la frecuencia, esto para volver a las condiciones iniciales de generación. Parte II: Repartición de carga de cada generador. Paso 1. Realice nuevamente el procedimiento de llevar a las condiciones nominales cada generador, primero el Generador No. 1 y luego el Generador No. 2. Los interruptores SW1, SW2 y SW3 deben de permanecer abiertos. Paso 2. A continuación cierre SW1, luego conecte el Generador No. 1. Paso 3. Asegúrese de ubicar en el sistema las tres condiciones básicas de sincronismo. Paso 4. Una vez realizado el paso anterior conecte el Generador No. 2 con SW2. Cerciórese de que el Generador No. 2 entre en el momento en que la aguja del sincronoscopio esté situada aproximadamente en su posición central (sincronismo entre los dos sistemas). Anote en la Tabla 5.2, los valores de potencia y corriente que suministra cada uno de los generadores, después de meter la carga al sistema, lo cual se hará con el interruptor SW3. Potencia activa del Generador No. 1 Potencia Activa del Generador No. 2 Potencia Reactiva del Generador No. 1 Potencia Reactiva del Generador No. 2 Voltaje de Campo del Generador No. 1 Voltaje de Campo del Generador No. 2 Tabla 5.2. Paso 5. Disminuya a continuación el voltaje de campo del Generador No. 1 a un valor aproximadamente a 90 Voltios. Qué comportamiento observo en el sistema generador?. Paso 6. Anote en la Tabla 5.3, los valores de potencia y corriente para esta nueva condición.

5 Potencia activa del Generador No. 1 Potencia Activa del Generador No. 2 Potencia Reactiva del Generador No. 1 Potencia Reactiva del Generador No. 2 Voltaje de Campo del Generador No. 1 Voltaje de Campo del Generador No. 2 Tabla 5.3. Paso 7. Para desconectar el sistema, únicamente realice el proceso inverso al que hizo durante la conexión. V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1. Demuestre como obtener las gráficas de FRECUENCIA-POTENCIA ACTIVA y VOLTAJE- POTENCIA REACTIVA para un generador. 2. Demuestre como se realiza la distribución de potencia activa y reactiva demandada por una carga a un generador y a un bus infinito conectados en paralelo. 3. Demuestre como se realiza la distribución de potencia activa y reactiva demandada por una carga a dos generadores iguales conectados en paralelo. Demuestre como se determinan las frecuencias y voltajes de en vacío de cada generador y del sistema en paralelo. Haga uso de los diagramas CASA correspondientes. VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 1) Explique qué elemento dentro de una central hidroeléctrica se encarga de regular la frecuencia y qué sucedería de no existir dicho elemento. 2) Explique qué riesgos se pueden presentar si se quita abruptamente la carga de dos generadores conectados en paralelo. 3) Investigue si en nuestro país se utiliza un sistema de excitación separado para la conexión de los generadores en las centrales hidroeléctricas. VII. BIBLIOGRAFÍA o Electric Machines. Second Edition. Charles I. Hubert. Prentice Hall, o Máquinas Eléctricas. Quinta Edición. A. E. Fitzgerald/ Charles Kingsley, Jr. McGraw-Hill o Fundamentos de Máquinas Eléctricas. Stephen Chapman. McGraw-Hill 1990.

6 VIII. ANEXOS Figura 5.3.