Monografias.com > Ingeniería
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Generadores síncronos en paralelo




Enviado por José Sarango



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Generadores
    síncronos en paralelo
  4. Condiciones
    requeridas
  5. Procedimiento para
    conectar los generadores
  6. Puesta a
    carga
  7. Esquema alternador
    síncrono real
  8. Conclusiones
  9. Referencias

Resumen

En el presente ensayo se trata de dar a conocer con
detalle todo lo relacionado sobre los generadores
síncronos. Como la parte más importante que se
abordara en el presente documento será de explicar de
forma clara la importancia que tiene la puesta en paralelo de los
alternadores, sus ventajas, y desventajas de los mismos, cuidados
que se debe tener, además sus aplicaciones en la
industria, que protecciones se deben tomar, su principio de
funcionamiento, diseño y esquemas.

PALABRAS CLAVE: alternador, paralelo,
sincronia.

Introducción

Las grandes cantidades de energía que se
requieren para abastecer la demanda de las ciudades y de la
población en general han llevado a generar alternativas
para lograr satisfacer el gran incremento anual de
consumo.

Debemos tener presente que los generadores
síncronos no se utilizan en acoplamientos en serie por
presentar poco interés práctico porque no se los
podría acoplar fácilmente sin tener que apagar
todos el sistema y además porque el funcionamiento es
inestable.

En este tema de información, sólo nos
referiremos al acoplamiento en paralelo.

El acoplamiento de los alternadores resulta más
complejo que el de las dínamos, debido a la presencia de
una nueva característica, la frecuencia, cuyo valor debe
ser severamente igual para todos los alternadores ya que si no se
da esto producirá un daño en la
máquina.

En la actualidad es raro encontrar la existencia de un
alternador único que de manera aislada alimente su propia
carga. Esto sólo se lo puede encontrar en aplicaciones
tales como los generadores de emergencia.

Con objeto de mejorar el parámetro de rendimiento
y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están
conectadas entre sí en paralelo, por medio de
líneas de transporte y distribución. La red
así constituida representa un generador gigantesco en el
que prácticamente la tensión y la frecuencia se
mantienen constantes. Esto se debe a que sobre esta gran red
(barras infinitas), la introducción de un nuevo generador
no altera los parámetros básicos anteriores, por
representar una potencia muy reducida frente al conjunto
total.

Generadores
síncronos en paralelo

La principal diferencia entre los diferentes tipos de
generadores síncronos, se encuentra en su sistema de
alimentación en continua para la fuente de
excitación situada en el rotor.

Seguramente todos nos planteamos la pregunta ¿Por
qué la utilización de los alternadores en
paralelo?

Pues la respuesta seria que varios alternadores o
generadores pueden alimentar una carga más grande que una
sola máquina.

Como se menciono brevemente en la introducción el
tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema
de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no
causa la pérdida total de potencia en la carga. Tener
varios generadores que operan en paralelo permite separar uno o
más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos
preventivos.

Si hacemos un análisis simple vemos que al usar
un solo generador y este operar cerca de plena carga, entonces
será relativamente ineficiente.

Con varios generadores más pequeños
trabajando en paralelo, es posible operar sólo una
fracción de ellas. Las que están operando lo hacen
casi a plena carga y por lo tanto de manera más
eficiente

Condiciones
requeridas

Para conectar generadores en paralelo es necesario tener
muy en cuenta algunos aspectos para el correcto funcionamiento y
de esta manera evitar cualquier tipo de problemas tales como que
los generadores se dañen severamente y que la carga pierda
potencia dichos aspectos se explican a
continuación

  • Voltajes iguales

Si los voltajes de los generadores no son exactamente
iguales, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se
cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las
tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y
ángulo de fase que el conductor al que se
conectara.

En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser
exactamente igual al voltaje en la fase a" y así en forma
sucesiva para las fases b-b` y c-c`.

Y también hay que asegurarse de ser iguales los
voltajes de línea rms.

3.2 Frecuencias iguales

Las frecuencias de los 2 o más generadores al
igual que los voltajes deben ser las mismas ya que se
ocasionarían graves problemas, esto lo podemos visualizar
en las siguientes graficas:

La primera grafica tiene 60 HZ y un voltaje fase de
120v

Monografias.com

Fig. 1 Grafica del voltaje 120V,
60Hz

La siguiente grafica tiene 58 HZ apenas 2 HZ menor que
la anterior y el mismo voltaje de fase

Monografias.com

Fig. 2 Grafica del voltaje 120V,
58Hz

Y en la síguete grafica podemos ver la el
resultado de que sucedería si ponemos a funcionar el
generador a frecuencias diferentes (60HZ y 58 HZ)

Monografias.com

Fig. 3 Diferencia de frecuencias
2Hz.

Como se puede ver en la grafica resultante de la suma de
las ondas a distintas frecuencias y al mismo voltaje se obtiene a
la salida un voltaje totalmente distorsionado y con una
frecuencia igual a la diferencia entre el valor de las
frecuencias de las dos primeras ondas lo cual nos
ocasionaría grandes problemas en la carga

3.3 Secuencias de fase

Los dos generadores deben tener la misma secuencia de
fase.

Monografias.com

Fig.4 Secuencia de fases

"Un sencillo método permite comprobar la
sucesión de fases. Para ello se recurre a un
pequeño motor asíncrono trifásico, que se
conecta provisionalmente a las barras de la red. Luego se van
acoplando sucesivamente, pero uno a uno, los distintos
alternadores, pudiendo estar seguros que la sucesión de
fases es idéntica para todos ellos cuando el motor gira en
el mismo sentido."

Los ángulos de fase de las dos fases deben de ser
iguales, la secuencia en la que el voltaje de fase llegue a su
pico en los dos generadores sea la misma. Si la secuencia de fase
es diferente entonces aun cuando un par de voltajes estén
en fase, los otros dos pares de voltajes estarán
desfasados por 120º. Si se conectan los generadores de esta
manera, no habrá problema con la fase a, pero
fluirá enormes corrientes en las fases b y c, lo que
dañara ambas máquinas.

3.4 Similares características
constructivas

Un factor casi no mencionado en fuentes
bibliográficas es que las maquinas deben ser iguales, es
obvio que no se podrá obtener dos generadores totalmente
idénticos, pero al menos que se parezcan mucho en su parte
constructiva, a mas de eso que las potencias que entregan cada
uno sean de similar valor, y preferiblemente del mismo
fabricante.

Procedimiento
para conectar los generadores

En este punto común mente llamo puesta en
paralelo de generadores se deben seguir algunos pasos y
precauciones para el optimo funcionamiento de estas maquinas
síncronas.

4.1 Poner en funcionamiento el generador
a conectar

En este punto se pone en funcionamiento el generador que
se desea colocar en paralelo esto conlleva a llevarlo a su
velocidad síncrona (igualando de esta manera f1=f2) e
igualando el valor de sus voltajes, otra condición es la
secuencia de fase del generador en aproximación se debe
comparar con la secuencia de fase del sistema en
operación. Para asegurarnos de cumplir estas condiciones y
de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos
métodos a continuación

4.2 Secuencia de fases

Otra condición es la secuencia de fase del
generador en aproximación se debe comparar con la
secuencia de fase del sistema en operación. Para
asegurarnos de cumplir esta condición y de las expuestas
en puntos anteriores se indican algunos métodos a
continuación

Existen muchas formas de comprobar esto una de ellas es
conectar alternativamente un pequeño motor de
inducción a los terminales de cada uno de los dos
generadores. Si el motor gira en la misma dirección en
ambas ocasiones, entonces la secuencia de fase es la misma en
ambos generadores.

Si el motor gira en direcciones opuestas, entonces las
secuencias de fase son diferentes y se deben invertir dos de los
conductores del generador en aproximación. Otro
método más simple un, para medir la secuencia es el
uso de un secuencimetro, el mismo que puede ser
electrónico o un electromecánico, pero ambos siguen
el mismo principio de el motor de inducción expuesto
anteriormente

4.3 Sincronización de los
generadores

Este punto es el de mayor importancia cuanto se trata de
generadores en paralelo, es por eso que se antes de poner en
funcionamiento los dos o más generadores debemos hacer
algunas pruebas para asegurarnos de su correcta
sincronía

4.3.1 El método de las "lámparas de
fase apagadas"

Monografias.com

Fig. 5 Sincronización:
Lámparas apagadas

Este método consiste en conectar las
lámparas entre UU', VV", WW" la diferencia de potencial
entre lámparas, nos indica si se cumplen las condiciones
es decir cuando las lámparas están apagadas se
verifican las condiciones

Monografias.com

Fig.6 Diferencia de potencial en las
lámparas.

4.3.2 El método de las "luces rotantes o
encendidas"

Monografias.com

Fig. 7 Sincronización:
Lámparas encendidas

Las diferencias de potencial entre lámparas
varían en módulo si las velocidades de
rotación son diferentes. Cuando están en
sincronismo la lámpara UU' está apagada y las otras
dos brillan igualmente, de no ocurrir esto se ve el encendido
alternativamente en un sentido u otro como si girasen, indicando
que la máquina va más lenta o más
rápida. Una vez cumplida las condiciones se puede decir
que las maquinas están es sincronía.

Monografias.com

Fig. 8 Diferencia de potencial

A continuación se indica un esquema con todas
estas características juntas

En la grafica se puede ver un voltímetro llamado
voltímetro cero, se lo coloca como se indica en el esquema
entre la misma fase y recibe su nombre debido a que cuando indica
un valor de cero voltios el generador esta en
sincronía

Monografias.com

Fig.9 Instrimentos para la puesta en
paralelo del generador.

4.3.3 Uso de un Sincronoscopio

Un sincronoscopio como es de suponer es un instrumento
que nos indica la sincronía de los generadores, mide la
diferencia en los ángulos de fase de cualquier fase entre
los dos sistemas.

Monografias.com

Fig.10 Sincronoscopio de luces
encendidad.

Entre los principales están los de aguja y los
electrónicos

Monografias.com

Fig.11 Sincronoscopio de
aguja.

Puesta a
carga

En un alternador una vez que tiene las rpm deseadas lo
que conlleva a la frecuencia de red y la tensión ajustada
a la de servicio, al aplicársele carga existirá una
caída de tensión que deberá ser compensada
con una mayor excitación y mantener la tensión de
operación de forma automática o de forma manual, de
la misma forma al asumir carga (Kw) la maquina motriz necesitara
compensar la caída de velocidad del mismo modo de la
tensión

De la misma forma un alternador que pierde carga
tendrá que hacer ajustes de velocidad y de voltaje, de no
haces esto podríamos provocar grandes daños a la
maquina, como un embalamiento y todos los problemas que acarrea
dicha situación.

La carga en un alternador implica ajuste de voltaje y
ajuste de velocidad. En caso de alternadores en paralelo, una vez
trabajando sincronizadamente el ajuste de tensión
será controlada por un compensador en cuadratura, que
irá a mantener el FP (factor de potencia) lo cual implica
un cuidado especial del mismo modo las cargas entre los
alternadores será controlada por el torque de la maquina
al ser ajustado el control de velocidad

A continuación se explican más
detalladamente algunos casos que pueden suceder en la puesta a
carga de los generadores:

Se considera el caso de una máquina, conectada a
barras sobre las cuales existen ya trabajando otras
máquinas, tales que sus potencias son muy superiores a la
primera, de manera que ésta no puede alterar la
tensión de barras, por esto se considera u = cte. y se
dice sobre barras infinitas.

Caso1: Máquina en vacío:
será I = 0, d = 0, E0 = U porque el estar en vacío
es su fem la que coincide con la tensión de
barras.

Monografias.com

Fig. 12 Maquina en vacio.

Caso2: Se le aumenta la velocidad de la
máquina motriz conectada al alternador. Como d es una
medida de la potencia desarrollada, el incremento de la velocidad
resultará en un avance de E0 sobre u en un ángulo
d. Con esto fluirá una I perpendicular a j.Xd. I en
conclusión se entrega corriente a la red

Monografias.com

Fig. 13 Aumento de la maquina
motriz.

Caso 3: Se varía solamente la
excitación.

Sobreexcitado: corriente en retraso de p /2

Subexcitado: corriente en adelanto de p/2

Y en conclusión se produce corriente reactiva
pura

Monografias.com

Fig. 14 Variación de la
excitación.

Caso 4: Se aumenta la velocidad y la
excitación.

Como la diferencia E01 – U es mayor, la I será
mayor y en conclusión a este caso mejoramos o variamos el
cosF según la necesidad o norma presente

Monografias.com

Fig. 15 Aumento de velocidad y
excitacion.

Esquema alternador
síncrono real

A continuación se indican algunos esquemas reales
de generadores en paralelo en el mismo se indican todos los
instrumentos y cuidados que se deben colorar, además se
pueden ver las múltiples protecciones para el cuidado del
equipo.

Monografias.com

Fig. 16 Esquema real del alternador en
paralelo.

También se muestra a continuación un panel
que tienen acoplando todos los instrumentos necesarios para la
puesta en paralelo

Monografias.com

Fig. 17 Tablero con aparatos de
medición de la puesta en paralelo.

Conclusiones

Como conclusiones en el presente trabajo se pueden
destacar las siguientes:

  • 1. Antes de conectar los generador en paralelo
    recordar siempre y asegurarse de los siguientes
    puntos.

  • Se acelera la máquina al número de
    r.p.m. nominales igualando frecuencia1 con frecuencia
    2.

  • Se regula la excitación hasta que la tension
    de bornes sea igual a latension de línea.

  • Se realiza la sincronizacion.

  • Se activa el interruptor para unirla a la barra
    infinita.

  • Según las necesidades de potencia se aumenta
    la velocidad o se aumenta la excitación.

b) Se debe tener mucha cuidado con los valores de
corriente y voltaje para no dañar la máquina ya que
es posible que la línea a la que nos deseamos acoplar
supero el voltaje que puede producir nuestro alternador. En ese
caso no se debe de acoplar ya que la máquina
resentiría y reduciríamos su vida
útil.

c) Si se acopla mal la máquina actuará
como motor, girando en sentido contrario.

d) Para ajustar la repartición de potencia real
entre los generadores sin cambiar (frecuencia del sistema), se
deben incrementar simultáneamente los puntos de ajuste del
mecanismo regulador en un generador al mismo tiempo que se
disminuyen los puntos de ajuste en el mecanismo regulador del
otro generador.

e) Para ajustar la repartición de potencia
reactiva entre generadores sin cambiar el voltaje VT, se debe
incrementar de manera simultánea la corriente de campo de
un generador a la vez que se disminuye la corriente de campo en
el otro.

f) Para ajustar VT sin cambiar la repartición de
potencia reactiva, se debe incrementar o disminuir de manera
simultánea las corrientes de campo de ambos
generadores.

g) En este trabajo se han podido destacar las grandes
ventajas que brinda la configuración de alternadores en
paralelo, como es el suministrar la suficiente potencia que
requieran las cargas, como el suministro en la
distribución de energía eléctrica. y esto a
su vez satisface una demanda que cada día va creciendo
debido a que el mundo es mas dependiente de la energia
electrica.

Referencias

[1] Stephen Chapman. Máquinas Eléctricas.
Editorial Mc- Graw Hill. 3ra edición. 2003

[2] INTERNET: Criollo Adrian. [Online]
http://www.electrosector.com/wpcontent/ftp/descargas/operacion.pdf

[3] Murillo Huber. Diapositivas de Clase de
Máquinas Eléctricas II. UNAC – FIEE.
2010.

[4] INTERNET: Ramon Patricio. [Online]
http://www.alipso.com/monografias4/Paralelo_de_generadores/

 

 

Autor:

José Sarango
Chamba

Universidad Politécnica
Salesiana

Máquinas Eléctricas
II

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Categorias
Newsletter