Generadores Sincronos
- ¿Por qué la frecuencia de un generador síncrono está confinada a la tasa de rotación del eje?
- ¿Por qué cae abruptamente el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en retraso?
- ¿Por qué aumenta el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en adelanto?
- Dibuje el diagrama fasorial y relaciones del campo magnético de un generador síncrono que opera con un factor de potencia a) unitario, b) en retraso c) en adelanto.
- Explique cómo se pueden determinar la impedancia síncrona y la resistencia del inducido en un generador síncrono.
- ¿Por qué se debe reducir la potencia de un generador de 60Hz si va a operar a 50Hz? ¿Cuánta reducción se debe llevar a cabo?
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- ¿Cómo se puede controlar la repartición de potencia real entre dos generadores sin afectar la frecuencia del sistema? ¿Cómo se puede controlar la repartición de potencia reactiva entre dos generadores sin afectar el voltaje en los terminales del sistema?
5.1. ¿Por qué la frecuencia de un generador síncrono está confinada a la tasa de rotación del eje?
Los generadores síncronos son por definición síncronos, lo que quiere decir que la frecuencia eléctrica se produce y entrelaza o sincroniza con la tasa mecánica de rotación del generador. El rotor de un generador síncrono consta de un electroimán al que se le suministra corriente directa. El campo magnético del rotor apunta en la dirección en que gira el rotor. Ahora, la tasa de rotación de los campos magnéticos en la maquina está relacionada con la frecuencia eléctrica del estator por medio de la ecuación
fe=nmP120
Donde,
fe= frecuencia eléctrica en Hz
nm=velocidad mecánica del campo magnético en r/min (igual a la velocidad del rotor de una maquina síncrona)
P= numero de polos
Debido a que el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético, esta ecuación relaciona la velocidad de rotación del rotor con la frecuencia eléctrica resultante.
5.2. ¿Por qué cae abruptamente el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en retraso?
Si se añade carga con el factor de potencia en retraso, entonces IA, se incrementa pero mantiene el mismo ángulo ? con respecto a VØ. Por lo tanto, el voltaje de reacción en el inducido jXSIA es mayor que antes, pero tiene el mismo ángulo. Ahora puesto que,
EA=VØ+jXSIA
jXSIA debe extenderse entre VØ a un ángulo de 0 grados y EA que tiene la restricción de mantener la misma magnitud que antes del incremento en la carga. Si se dibujan estas restricciones en el diagrama fasorial, hay un solo punto en el que el voltaje de reacción del inducido es paralelo a su posición original mientras se incrementa su tamaño.
Si se cumplen las restricciones, se observa que conforme se incrementa la carga, el voltaje VØ decrece abruptamente.
Como conclusión decimos que:
Si se añaden cargas en retraso (+Q o cargas de potencia reactiva inductivas) a un generador, VØ y el voltaje en los terminales VT decrecen significativamente.
5.3. ¿Por qué aumenta el voltaje de un alternador cuando se le aplica una carga con un factor de potencia en adelanto?
Si se añaden nuevas cargas con el mismo factor de potencia, el valor de voltaje de reacción del inducido es mayor a su valor previo y VØ aumenta> en este caso, un incremento en la carga en el generador produjo un incremento en el voltaje en los terminales.
Como conclusión decimos que:
Si se añaden cargas en adelanto (-Q o cargas de potencia reactiva capacitivas) a un generador, VØ y el voltaje terminal aumentaran.
5.4. Dibuje el diagrama fasorial y relaciones del campo magnético de un generador síncrono que opera con un factor de potencia a) unitario, b) en retraso c) en adelanto.
5.5. Explique cómo se pueden determinar la impedancia síncrona y la resistencia del inducido en un generador síncrono.
La Impedancia Síncrona
La Resistencia del Inducido
Se puede obtener un valor aproximado de la resistencia por medio de la aplicación de un voltaje de cd a los devanados mientras la maquina esta estacionaria y midiendo el flujo de corriente resultante. La utilización de un voltaje de cd significa que la reactancia de los devanados será igual a cero durante el proceso de medición.
Esta técnica no es del todo exacta, debido a que la resistencia de ca será un poco más grande que la resistencia de cd (como resultado del efecto pelicular a altas frecuencias). Si se desea, se puede introducir el valor medido de la resistencia en XS=EA/IA, para mejorar el valor estimado de XS.
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